Budeme se zabývat konstrukcí některých jednoduchých obvodů. Probereme také informace o pájení některých elektronických součástek.
Objednejte si sadu prvků a začněte se učit v praxi! Kliknutím sem přejdete do obchodu >>
Cíl páté části kurzu pájení
V této části se zaměříme na pájení velkého (velmi velkého) počtu rezistorů. Tento úkol má dvojí účel. Za prvé, a to je zřejmé, jde o nácvik montáže elektronických zařízení. Za druhé se jedná o praktické cvičení na paralelní a sériové obvody, které již byly probírány v kurzu elektroniky (úroveň I).
Hotové sady pro kurzy Forbot
Sada obsahuje 5 desek plošných spojů a elektronických součástek pro kurz pájení, včetně: diod, rezistorů, gold pinů, čipových spínačů!
Oblíbený paket (komponenty a nářadí): Pájecí mistr
Les rezistorů - noční můra elektroniků
Jak si pravděpodobně pamatujete z kurzů elektroniky, rezistory mohou být zapojeny sériově a paralelně. Tímto způsobem lze realizovat rezistory s neobvyklými hodnotami odporu.
Schéma zapojení naší desky vypadá takto:
Jak jsem již dříve uvedl, máme k dispozici velký počet rezistorů, přesněji 27, ale pro zjednodušení jsme použili pouze dvě hodnoty 1k a 100R. Označení „vertikálně-vertikálně“ a „horizontálně-horizontálně“ nám napovídají, jak je máme namontovat – k tomu se dostaneme za chvíli.
Teoretické domácí úkoly
Kdo chce, může si jako doplňkové cvičení spočítat součet odporů v jednotlivých větvích. Není to složité, stačí se podívat na všechny odpory jednotlivě.
V praxi nevypadá deska plošných spojů pro tuto úlohu (č. 2 ze sady) vůbec špatně:
Kam má být připájen příslušný rezistor?
Při takovém počtu součástek (s různými hodnotami) by bylo obtížné sestavit obvod pouze podle schématu zapojení. Užitečný může být také montážní plán (obrázek desky ze softwaru použitého k jejímu návrhu):
Na obrázku výše je pohled na desku shora (strana s komponenty), zatímco absence laminátu v tomto případě umožňuje náhled na rozložení kolejí. Zde můžete snadno lokalizovat jednotlivé komponenty. Stačí porovnat popis součástky, např. R1, s popisem na schématu zapojení.
Osazení součástek na desku plošných spojů - v jakém pořadí?
- Začneme nejnižšími součástkami a postupujeme nahoru,
- přičemž pájíme součástky podle postupných funkčních bloků.
Ve většině případů se nevyplatí věnovat pozornost pouze číslování součástek na desce plošných spojů.
Druhá metoda se osvědčuje zejména u větších desek s plošnými spoji. Složitější obvody se skládají z různých modulů, např. napájecího zdroje, mikrokontroléru atd. Pak se vyplatí je tímto způsobem pájet. Proto je vhodné pájet je tak, aby bylo možné okamžitě zkontrolovat funkci jednotlivých modulů.
V praxi: Před zapájením drahého mikrokontroléru se vyplatí spustit stabilizátor napětí a zapájet například kondenzátory. Pokud při instalaci napájecího modulu uděláme chybu, bude rozpoznán ještě před připájením mikrokontroléru, a proto nemůže dojít k jeho poškození.
Bylo by možné připájet k dané desce plošných spojů další diody s rezistory. Obvod je však tak jednoduchý, že to nedává velký smysl. V každém případě je jednodušší začít od nejnižších prvků obvodu – tedy od rezistorů.
BOM - Seznam komponentů
Pro desku plošných spojů v tomto článku je část o rezistorech následující:
R1 100R vertikalně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R2 100R vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R3 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R4 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R5 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R6 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R7 1k vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R8 100R horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R9 100R vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R10 100R horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R11 100R vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R12 100R horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R13 1k vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R14 100R horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R15 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R16 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R17 1k vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R18 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R19 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R20 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R21 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R22 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R23 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R24 100R vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R25 1k vertikálně R-EU_0207/2V 0207/2V rcl 1
R26 1k horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
R27 100R horizontálně R-EU_0207/7 0207/7 rcl 1
První dva sloupce jsou pro nás nejdůležitější. Tam najdeme název rezistoru na desce plošných spojů, např. R1, a informace o jeho hodnotě a uspořádání 100R ve svislém směru.
Vertikální a horizontální uspořádání rezistorů
- horizontální – nejběžnější řešení,
- vzpřímený (vertikální).
Pro zmenšení velikosti obvodů se dnes používají součástky pro povrchovou montáž (SMD), kterými se v tomto kurzu nezabýváme. Jejich pájení je mnohem obtížnější – zejména pro začátečníky.
V praxi je takový rezistor potřebný k montáži součástek jedním z výše uvedených způsobů:
Ohněte kabely podle níže uvedených vzorů:
V praxi se tyto dvě součástky později vloží do desky plošných spojů následujícím způsobem:
Nyní, když víte, jak zacházet s komponenty, je čas na skutečnou práci, a to pájení.
Struktura obvodu: Rezistory
Nejprve začneme s rezistory. Abyste mohli pracovat rychle a snadno, doporučuji začít pájením všech rezistorů 100R. Zkontrolujeme tedy předchozí seznam materiálu, abychom zjistili, o které rezistory se jedná, a začneme s R1 a R2.
Umístěte rovnou nožičku na místo většího kruhu ve vrstvě s nápisem a do druhého spoje umístěte zakřivenou nožičku. Nyní je čas desku s plošnými spoji otočit. Pro lepší čitelnost je v následujícím příkladu uvedena situace s jedním rezistorem.
Ohýbání nožek
Aby prvek při pájení nevypadl, je dobré nožičky ohnout. U velmi jednoduchých obvodů nezáleží na tom, jak to uděláte.
Je však třeba mít na paměti, že nejlepší by bylo vždy ohnout směrem ke straně, kde je pájecí podložka připojena k dráze.
Pak je čas na pájení. Tento proces nejlépe ilustruje animace v předchozí části. Součástku a podložku zahřejeme a poté přidáme cín. Snažíme se, aby výsledné spojení bylo lesklé a elegantní.
Abyste nepoškodili pájecí spoj při vyjímání páječky, můžete hrot opatrně posunout podél nožičky směrem nahoru. Zbytky cínu pak zůstávají na drátu součástky – to si ukážeme v některém z dalších videí.
Nakonec odřízněte vyčnívající část nohy bočním řezákem. Mělo by se vytvořit podobné spojení jako na obrázku níže (v pravém dolním rohu):
Proto stojí za zvážení druhý pokus, a to nejprve odříznout nohu (levý roh na fotografii výše) a teprve poté pájet. Tímto způsobem můžete tento hrot pokrýt ochrannou vrstvou cínu (dotykem v místě, kde byl pájecí hrot na konci pájecího procesu odříznut).
V hobby sektoru se tím nemá cenu zabývat. Pokud je to pro vás pohodlnější, můžete nožky odříznout.
V tomto cvičení jsem nožky na konci odřízl, jak můžete vidět na videu:
Postupným vytvářením dalších pájecích spojů se dostaneme do bodu, kdy jsou již všechny rezistory 100R na svém místě:
Podobně postupujeme s rezistory 1k, tj. začneme s R3 podle BOM. Po několika minutách práce jsme dosáhli bodu, kdy je náš les rezistorů hotový:
Sestava obvodu: přepínač s dip-switchem
Přišel čas na přepínač, který se ve skutečnosti skládá z pěti přepínačů v jednom krytu. Tato součástka leží níže než LED diody, takže ji nyní musíte připájet. Po cvičení v minulé části (pájení spojů) to pro nikoho nebude problém:
Příliš dlouhé zahřívání spojů může poškodit plastové části spínače!
Fungování tohoto přepínače je zcela intuitivní, ale pro jistotu tři věty vysvětlení. Na spodní straně je 5 párů kabelů. Každý bílý posuvník je zodpovědný za jeden (paralelní) pár. Ve vypnuté poloze jsou tato vedení otevřená, v zapnuté poloze jsou spojená.
Kabely této komponenty jsou tak krátké, že je není třeba stříhat.
Montáž obvodu: Světelné diody (LED)
Je čas připájet 5 diod. Barvy lze zvolit podle potřeby. V mém případě jsou všechny zelené (abych mohl na konci porovnat jejich jas). Při pájení diod je důležité dodržet jejich polaritu. Nelze je pájet náhodně.
Na nápisové vrstvě vidíte, že všechny pozice pro diodu mají zářezy. To je samozřejmě analogie k diodě, která má také takový zářez na pouzdře. Kromě toho pravděpodobně pocítíte určitý odpor při zasouvání diody do desky plošných spojů. Důvodem je malé ztluštění na nohách, které je vidět na fotografii níže:
Nedělejte si s tím starosti, jen diodu trochu silněji stiskněte. Tak, aby se zelený kryt dotýkal laminátu. Samozřejmě všeho s mírou, aby nedošlo k přetržení kabelů. U všech diod vynechávám krok pájení, protože se nijak neliší od ostatních součástek.
Sestava obvodu: Připojení napájení
Správné připojení by mělo být jako vždy lesklé:
Spojovací vodiče této součástky již vyčnívají poměrně daleko ze základny. Odříznutí takto silných nohou však může být velmi obtížné. Zde je rozhodnutí na vás – já jsem ho nezkrátil.
Řešení problémů před uvedením do provozu
Pokud je celý obvod připájen, tj. vypadá jako na fotografii níže, je vhodné zkontrolovat, zda byl správně sestaven. To provedeme před připojením napájecího zdroje.
- Jsou všechny součástky pájené?
- Vypadají pájecí spoje pěkně a leskle?
- Jsou všechny nohy uříznuté?
- Dochází na některém místě ke zkratu? Tuto zkoušku lze provést pečlivě vizuální kontrolou celé desky plošných spojů, ale nejlépe je použít univerzální měřicí přístroj.
Uvedení obvodu do provozu
Chcete-li uvést obvod do provozu, vložte do košíku baterii (4xAA) a nastavte vestavěný spínač do polohy OFF (prozatím). Konce kabelů pak musíte pevně zajistit v zástrčce pomocí šroubováku.
Zajistěte správnou polaritu (červený kabel na pozici označenou „+“).
Co se stane teď? Správné fungování obvodu je ukázáno na následujícím videu:
Hmm, proč dioda svítí jinak? Stačí se vrátit ke schématu zapojení a podívat se, jak je napájeno. Odolnost této větve je poměrně vysoká. Buďte si však jisti, že je to záměr, jedná se o simulaci vadné sestavy. V dalších částech kurzu se k tomuto příkladu vrátíme a vyměníme rezistory tak, aby dioda svítila jasněji.
Řešení problémů po uvedení do provozu
Některé chyby se projeví až po zapnutí napájení. Pokud dioda nereaguje na pohyb příslušného spínače, je vhodné zkontrolovat, zda nebyla omylem připájena opačně. Dále je nezbytné zkontrolovat pájecí spoje spínače a teprve na samém konci zbývá zkontrolovat hodnotu rezistorů a správnou instalaci (těchto součástek je několik – kontrola se stává poměrně zdlouhavou).
Řešení problémů - lankový drát
Zde přichází na pomoc pájecí drát. Jedná se o pásek, který se skládá z měděných vláken. Lze jej také popsat jako měděný kabel bez izolace. Výhodou hotového vlákna je kompaktní, hustý oplet, který zlepšuje sběrné vlastnosti cínu. Tato forma je také jednoduše praktičtější, protože je celá navinuta na malé cívce.
Jak funguje lankový vodič?
Chcete-li vytáhnout cín pomocí splétaného drátu, jednoduše přiložte kousek pásky na požadované místo a zahřejte jej celý hrotem. Jakmile se cín roztaví, lze jej velmi snadno přenést z desky plošných spojů na opletení.
Díky tomu je deska s plošnými spoji v téměř dokonalém stavu.
Ve výše uvedeném postupu se předpokládá, že cín se na pásek přenáší pomocí vlastností roztaveného pojiva. Jak si možná pamatujete z předchozích dílů příliš dlouho zahřívaný (nebo ohřívaný) cín rychle ztrácí své vlastnosti. To je způsobeno tavidlem, které bylo původně v cínu. Během pájení vytéká tavidlo z pojiva, aby podpořilo proces pájení, a poté se odpařuje nebo tuhne na desce plošných spojů, jak je vidět na obrázku níže.
Pokud takový „použitý“ cín znovu zahřejeme bez tavidla, nebude ochoten spolupracovat…. Proto je vhodné před prvním použitím opletení zkontrolovat tavidlo.
Řešení problémů - tavidlo
Jedná se o látku, která chemicky čistí spojované kovy a usnadňuje tak pájení. Hlavním účelem tavidla je odstranění oxidů a nečistot a usnadnění tavení cínu. Základní vybavení dílny Forbot zahrnuje tekuté tavidlo (existují také gelové verze – ty však nejsou předmětem tohoto kurzu).
Lahvička se zdá být malá. Měla by však vydržet velmi, velmi dlouho. Tavidlo by se mělo používat v malém množství (1-2 kapky). Použití je velmi jednoduché: Přiložte špičku na místo, kde chcete znovu pájet, a jemně lahvičku stiskněte.
Větší množství není na škodu, ale tavidlo zanechává lepkavé stopy, které je nejlepší opatrně smýt izopropanolem.
Použití lankového vodiče v praxi
Je na čase začít v praxi používat slaněný drát a tavidlo. Níže uvedené video ukazuje několik příkladů použití těchto nástrojů. Nezapomeňte však použít malé množství tavidla. Videa byla nahrána s poměrně velkým zoomem, proto 2-3 rozlité kapky vypadají, jako bych rozlil půl lahve, což není pravda.
V praxi mi jedna lahvička tavidla v dílně vydrží více než rok!
Pro testování jsem použil pájené spoje na desce 1:
Kdy navlékat a kdy vysávat?
V místech, kde je hodně cínu, je nejlepší začít s odtahovačem cínu. Tím se odstraní přebytečné pojivo. Později můžete pájecí pole důkladně očistit pomocí opletení.
Jako zkoušku je zajímavé sledovat, jak se slaněný vodič vypořádá s odstraněním cínu, který jsme nanesli na plošky desky č. 1.
Shrnutí
V dalších článcích se podíváme na montáž dalších zařízení a naučíme se tak zacházet s dalšími elektronickými součástkami.
Objednejte si sadu prvků a začněte se učit v praxi! Kliknutím sem přejdete do obchodu >>
