Текст книги "Энциклопедия радиолюбителя"

Автор книги: Виктор Пестриков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 30 страниц)

7.3. Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой на плате

Проверка годности радиоэлектронных компонентов перед установкой их на плате позволяет сократить время настройки устройства и составляет важный этап в ее создании. Рассмотрим наиболее простые методы проверки годности.

Проверка годности резисторов

Проверку производят с помощью омметра. Измеряют сопротивление резистора и сравнивают его со значением, написанным на корпусе. Переменные резисторы проверяют на надежность подвижного контакта. Для этого прибор подключают к подвижному и одному из неподвижных контактов и наблюдают за движением стрелки по шкале омметра при вращении оси. У исправного резистора стрелка движется без скачков при плавном перемещении движка резистора. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов омметра и выводов проверяемого резистора.

На слух можно проверить наличие контакта в резисторах сопротивлением до 100 кОм при помощи простейшего пробника, наушника и батарейки. Взяв несколько эталонных резисторов на 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм и 100 кОм, сравнивают силу щелчков у эталонного и проверяемого. В этом случае можно также и определить порядок величины сопротивления. При измерениях надо все время водить щупом пробника по выводу резистора, так как щелчки возникают только в момент включения наушников в цепь батареи.

Проверка годности конденсаторов

О пригодности конденсаторов судят в первую очередь по отсутствию пробоя в диэлектрике и допустимому значению тока утечки.

Проверка конденсатора может быть произведена омметром. Для этого переключатель омметра ставят в положение измерения самого большого сопротивления и к выводам проверяемого конденсатора прикасаются щупами прибора. При этом нельзя дотрагиваться руками к щупам и выводам конденсатора. У пробитого конденсатора, как правило, сопротивление равно нулю или близкое к нулю. У конденсаторов, имеющих емкость больше 10 мкФ, при присоединении щупов происходит бросок стрелки в сторону от нуля и тем больше, чем больше емкость. После отклонения стрелка постепенно возвращается в сторону нуля. Присоединение щупов к электролитическому конденсатору производят исходя из полярности: плюс омметра к плюсу конденсатора. У годных электролитических конденсаторов величина сопротивления должна быть не менее десятых долей мегома. При проверке конденсаторов малой емкости броска стрелки не происходит.

При отсутствии омметра проверить конденсатор можно с помощью простого пробника. Пробник состоит их наушников, типа ТОН-2 и батарейки типа А332 или 336. Если конденсатор пробит, то при подключении и отключении конденсатора, в наушниках слышен щелчок.

Ток утечки конденсатора связан с качеством его диэлектрика. Конденсатор с качественным диэлектриком имеет большее сопротивление и дольше удерживает заряды на своих обкладках. Если конденсатор подключить к пробнику несколько раз с интервалом 2…3 с, то у годного конденсатора щелчок в наушниках будет слышен только в первый момент, а в последующие – отсутствовать. Это говорит о том, что ток утечки находится в допустимых пределах.

Конденсаторы переменной емкости проверяют на вероятность замыкания пластин, подвижных с неподвижными. С этой целью вращают ось конденсатора от положения минимальной емкости до максимальной. Наличие замыканий легко обнаружить омметром или пробником (наушник – батарейка), но лучше с помощью лампочки (например, на 2,5 В или 3,5 В) и батарейки. Последнее более наглядно для фиксации замыкания.

Проверка годности катушек индуктивности

Наличие обрыва или короткого замыкания у высокочастотных катушек можно обнаружить при помощи пробника или омметра. Если воспользоваться пробником, состоящим из наушника и гальванического элемента, то при его подключении к неисправной катушке в телефонах будут слышны щелчки и отсутствовать при отключении.

Аналогичная ситуация будет, если витки катушки замыкаются на сердечник. Многослойную катушку на наличие короткозамкнутого витка можно проверить так. Если катушку с короткозамкнутым витком поднести к контуру работающего приемника, то она вызовет его расстройку и резкое снижение слышимости принимаемой радиостанции. Исправная катушка такой реакции не производит. Обрывы в дросселях или трансформаторах низкой частоты обнаруживаются с помощью пробников или омметров.

Проверка годности диода

Проверить работоспособность диода можно с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое и обратное сопротивления диода. Омметр устанавливают на предел измерения наибольшего сопротивления и, прикасаясь щупами прибора к выводам диода, фиксируют показания стрелки при различных подключениях диода. Для исправного диода в одном случае стрелка омметра отклоняется вправо почти до конца шкалы, в другом случае стрелка едва отклоняется от нуля. У неисправного диода показания омметра одинаковы при различных подключениях диода. При проведении измерений нельзя касаться руками щупов прибора и выводов диода.

Проверка годности транзисторов

Проверка годности транзисторов и измерение их параметров производят специальными приборами. Простейшую проверку годности транзистора в радиолюбительских условиях делают с помощью омметра. С этой целью измеряют прямое (база-эмиттер) и обратное (база-коллектор) сопротивления переходов. Дополнительно измеряют в обоих направлениях сопротивление между эмиттером и коллектором. Если сопротивление одного из переходов в обоих направлениях одинаково или мало по величине, то транзистор неисправен. Аналогично можно проверить транзистор с помощью простого пробника батарейка-наушник. В этом случае, если сила щелчков одинакова при прямом и обратном включении (оба сильных или оба слабых), транзистор неисправен, в нем замыкание или обрыв электродов.

Проверка с помощью омметра или пробника не дает полной информации о работоспособности транзистора, лучше это делать с помощью измерительного прибора. Необходимо произвести измерения хотя бы некоторых параметров, коэффициента передачи тока а и величины обратного тока коллектора I_ко. Обычно считается, что транзистор тем лучше, чем больше коэффициент усиления и меньше ток коллектора. Если во время измерения параметров стрелка прибора «ползет», то транзистор негодный.

Проверка наушников

Простейшая проверка работоспособности наушников производится с помощью батарейки напряжением 4,5 В. При подключении и отключении батарейки в наушниках можно услышать резкие щелчки. Отсутствие щелчков говорит об обрыве в подводимом шнуре или звуковых катушках. Низкоомные наушники можно проверить слаботочным источником тока в виде яблока, с воткнутыми в него на расстоянии 10 мм друг от друга железного гвоздя и кусочка толстой медной проволоки.

В наушниках электромагнитного типа ТОН-1, постоянный магнит с течением времени теряет свою силу. Намагничивают сердечник, подключив на мгновение его к аккумулятору или электрической сети. Включение должно быть кратковременным, в противном случае катушки наушника могут перегореть. Намагничивание от сети производят следующим образом. Один конец двойного провода, идущего к вилке, отключают от одного ее штырька. В розетку осторожно, соблюдая меры безопасности, вставляют отключенный штырек и вилку с оставшимся подключенным штырьком. Затем отключенным концом провода резко ударяют по свободному штырьку, находящемуся в розетке. В результате наушники на мгновение подключаются к сети и за счет большого тока намагничивают сердечник.

У наушников ТОН-2 иногда прослушиваются искажения звука при слабой громкости. Для предотвращения этого явления между мембраной и крышкой вкладывают кольцевую прокладку сечением 2x2 мм, внешним диаметром равным диаметру мембраны. Вместо прокладки можно по внутреннему диаметру крышки проложить хлорвиниловую трубку диаметром 2 мм в виде кольца и навинтить крышку.

В наушниках ТМ-2 с течением времени начинает возникать треск и наблюдается прерывание звука. В этом случае необходимо при помощи напильника снять осторожно металлический ободок корпуса и отделить пластмассовую чашечку. Получив доступ к контактным ламелям, зачищают их до блеска. Собирают наушник в обратном порядке.

7.4. Подготовка деталей к распайке на плате

После того, как проверены все радиодетали, следует соответствующим образом подготовить их перед монтажом. Перед установкой деталей на полученную печатную плату их выводы залуживают (рис. 7.5), а затем вставляют в отверстия и подгибают к контактным площадкам.

Рис. 7.5. Залуживание выводов радиодеталей

Длина подогнутой части вывода детали должна находиться в пределах контактной площадки, остальная часть отрезается. Если выводы имеют диаметр больше 0,8 мм, то их не подгибают, а вставляют в отверстие с таким расчетом, чтобы они выступали над площадкой фольги на 0,5… 1 мм.

Деталь должна располагаться таким образом, чтобы выводы, подпаянные к фольге, не отрывали ее от платы при надавливании на корпус. Распайка деталей на печатной плате довольно кропотливая работа и поэтому, чтобы избежать смыкания припоем соседних контактных площадок, необходимо гибкой (рис. 7.6) придать определенную форму выводам в соответствии с монтажом установки на печатной плате, см. рис. 7.1.

Рис. 7.6. Пример выполнения гибки выводов диода типа Д9

7.5. Распайка радиодеталей на плате

Пайка детали на печатной плате производится прикосновением жала паяльника к контактной площадке и концу вывода детали в течении 2…3 секунд. При этом припой должен равномерно заполнить зазоры между выводами контактной площадки и закрыть монтажное отверстие. Не допускается проникновение припоя на обратную сторону платы, затекание под детали, отслаивание печатных проводников и замыкание соседних проводников. Закончив пайку, удаляют остатки флюса, проверяют качество и надежность монтажа.

Распайку радиодеталей на печатной плате производят по мере их установки или сразу установив их все и закрепив выводы подгибом.

Транзисторы впаиваются в последнюю очередь. При этом необходимо соблюдать последовательность: вначале припаивается база, потом эмиттер и в конце коллектор. Выпаиваются транзисторы из платы при замене в обратной последовательности. Последними впаиваются детали, значения величин которых возможно придется подбирать. Обычно это резисторы в цепи базы или эмиттера транзистора. Эти детали на схемах обозначают звездочкой «*».

Во время пайки накапливающийся припой периодически счищается опусканием жала в канифоль. Процесс снятия припоя довольно трудоемок, поэтому лучше набирать незначительное его количество с последующим добавлением, если окажется недостаточно.

При пайке не следует долго нагревать выводы малогабаритных резисторов и конденсаторов. Место пайки не должно находиться от корпуса детали ближе 5…8 мм. Особенно чувствительны к нагреву транзисторы и диоды. Выводы транзисторов и диодов не должны быть короче 15 мм, чтобы они не вышли из строя из-за перегрева. Кроме этого следует применять для отвода тепла пинцет или плоскогубцы, зажимая вывод детали немного выше места пайки. Паять нужно быстро и уверенно. Для получения паяных соединений используют припои – сплавы, температура плавления которых ниже, чем у соединяемых деталей. При пайке расплавляется только припой, в то время как основной металл остается твердым. Припой смачивает основной металл и диффундирует в него, основной же металл частично растворяется в припое. В результате место соединения представляет собой тонкий промежуточный слой из частиц основного металла и припоя. После остывания в месте пайки образуется достаточно прочное механическое соединение и надежный электрический контакт. В процессе пайки используются флюсы, которые растворяют и удаляют окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов. Флюсы также защищают поверхность металла и расплавленный припой от окисления, улучшают текучесть припоя и смачиваемость соединяемых поверхностей.

В радиолюбительской практике обычно используются мягкие припои на основе сплавов олова и свинца с добавками кадмия, висмута и сурьмы. Температура плавления мягких припоев не превышает 300 °C. Припои, выпускаемые промышленностью, имеют маркировку, состоящую из букв и цифр. Первая буква П обозначает припой, а последующие буквы – составляющие его компоненты (О – олово, С – свинец, К – кадмий, В – висмут). Стоящие после букв цифры показывают процент содержания олова в припое. Данные о некоторых припоях, которые могут быть использованы радиолюбителями для соединения деталей и узлов в радиоэлектронных устройствах методом пайки, приведены в табл. 7.1.

Для пайки радио конструкций используют легкоплавкие припои ПОС-61 или в крайнем случае ПОС-40. ПОС-61 обычно используют для лужения печатных плат, пайки выводов дискретных элементов, деталей из меди и медных сплавов. В качестве флюса используют твердую канифоль. Перед пайкой выводы деталей необходимо облудить, то есть покрыть слоем припоя. Делается это обычно перед пайкой конструкции.

Вывод зачищают ножом, кладут на канифоль и смачивают жидкой канифолью. Потом большую часть вывода (не ближе 10 мм от корпуса) опускают в расплавленный кусочек припоя и, поворачивая деталь, облуживают вывод. Алогично облуживают монтажные провода.

Пайка печатных плат и радиодеталей, как правило, производится с использованием пассивных бескислотных флюсов. Некоторые характеристики флюсов, используемых при монтаже радиоэлектронной аппаратуры, приведены в табл. 7.2.

При использовании припоев пайка получается более надежной и аккуратной. Использование кислотных флюсов нежелательно. В их состав входят химически активные элементы и соединения (соляная кислота, хлористый цинк, бура и т. д.), которые всегда остаются в небольшом количестве на месте пайки и вызывают коррозию радиодеталей и соединительных проводников. К бескислотным флюсам относится канифоль. Часто радиолюбителями применяются жидкие флюсы: спиртовой раствор канифоли (25 % канифоли и 75 % этилового спирта), глицериново-канифольный флюс (6 % канифоли, 16 % глицерина и 78 % этилового спирта), а также пастообразную смесь канифоли с глицерином. Предпочтительнее использовать светлые сорта канифоли. Не рекомендуется пользоваться канифолью, продающейся в музыкальных магазинах для натирания смычков. Эта канифоль содержит различного рода добавки, в частности известь, и не соответствует требованиям пайки. Жидкие флюсы удобны при пайке в труднодоступных местах, на которые флюс наносят кисточкой. Для пайки легкоплавкими припоями в качестве флюса можно использовать стеарин.

Жидкий флюс необходимо хранить в небольшой стеклянной баночке с крышкой, в которую плотно вставлена кисточка. Баночка открывается только в процессе работы при нанесении флюса на место пайки с помощью кисточки.

В процессе эксплуатации паяльника конец жала растворяется в припое и укорачивается, изменяет форму. В связи с этим его необходимо периодически зачищать напильником.

При пайке НЕОБХОДИМО ПОМНИТЬ, что выделяются вредные для здоровья пары олова и свинца. НЕЛЬЗЯ наклоняться над местом пайки и вдыхать испарения. Старайтесь работать у открытого окна, если это возможно. Чаще проветривайте помещение, в котором работаете.

После окончания радиомонтажных работ производят очистку монтажной платы от остатков флюса и припоя. Механическую прочность соединений проверяют пинцетом, осторожно и легонько потягивая выводы радиодеталей и соединений. При этом на губки пинцета следует надеть полихлорвиниловые трубочки, чтобы не повредить детали.

Проведя осмотр и проверку монтажа, места качественных соединений пайкой для защиты от атмосферных воздействий покрывают цветным прозрачным лаком. Гайки болтов и выходящую часть винтов покрывают красной нитрокраской, которая будет предохранять резьбовые соединения от саморазвинчивания. После окончания радиомонтажных работ обязательно вымойте руки.

Шаг 8
Измерения в практике радиолюбителя

8.1. Установка режимов работы транзисторов

Для хорошей работы устройства, собранного на транзисторах, необходимо чтобы на их электроды было подано определенной величины и полярности постоянное напряжение. Примерные значения напряжений подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости (р-n-р) приведен на рис. 8.1, а обратной (n-р-n) проводимости – на рис. 8.2.

Рис. 8.1. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов прямой проводимости р-n-р

Рис. 8.2. Примерные значения напряжений, подаваемых на коллектор, базу и эмиттер для транзисторов обратной проводимости n-р-n

При этом надо также придерживаться нескольких правил:

• Рабочие напряжения, токи и мощности рассеивания применяемых транзисторов должны быть меньше предельных значений.

• Нельзя подавать напряжение на транзистор, если у него отключена база.

• Базовый вывод следует подключать в схему в первую очередь и отключать в последнюю.

В современных конструкциях радиолюбителей широко используются полевые транзисторы. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n даны на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Примерные значения величин напряжений смещения для полевых транзисторов с каналом типа р и с каналом типа n

При налаживании радиоприемников и других радиоэлектронных конструкций в первую очередь нужно замерить потребляемый ток в режиме покоя. Если его значение близко к требуемому, то тогда переходят к установлению необходимых токов коллекторов транзисторов. На схемах место установки тока показывают крестиком («х»), а резистор, которым это делают – звездочкой («*»). Опыт показывает, что для транзисторов безопаснее измерять напряжение, а не ток. В большинстве схем эти величины взаимосвязаны. Достаточно знать одну из величин, а другую можно определить расчетным путем.

Настройку устройства производят по каскадам. В каскадах транзисторных устройств в основном используется три основных способа подачи напряжения смещения к базе транзистора.

Рассмотрим работу транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой без стабилизации режима

При отсутствии входного сигнала начальные напряжения на электродах транзисторов следующие

U_кэ = U_п– I_кR_к и U_бэ = U_п – I_бR_б.

В приведенных формулах напряжения смещения U_бэ для германиевых и кремниевых транзисторов должны иметь значения в соответствии с рис. 8.1, 8.2. Из этих выражений видно, что от величины сопротивления резистора R_б зависит величина напряжения смещения U_бэ, а следовательно, и начальное положение рабочей точки на характеристике транзистора. На хорошую работу такого каскада большое влияние имеет точность, с какой для данного транзистора, имеющего коэффициент усиления по току β, подобраны сопротивления резисторов R_б и R_к. Работу каскада при этом можно проконтролировать по напряжению на резисторе R_к или по напряжению между коллектором и эмиттером транзистора. Зная U_п и β, можно вычислить величину управляющего тока коллектора транзистора по формуле

I_к = βU_п(B)/R_б (кОм), мА

Если величина сопротивления резистора R_к = 500…600 Ом, то напряжение на нем удобнее определить, как разницу между питающим напряжением и напряжением коллектор – эмиттер. Для маломощных низкочастотных и высокочастотных транзисторов напряжение коллектор-эмиттер принимают 2…2,5 В, а ток коллектора – 0,5 мА. Транзисторы МП39…МП41 имеют максимальное усиление по току, когда ток коллектора 1…2 мА. У транзисторов П401…П403, П416 и т. п. усиление растет с ростом тока коллектора до 5…8 мА. От напряжения на коллекторе усиление по току существенно не зависит, при его повышении улучшается устойчивость высокочастотных каскадов. При замене в рассматриваемом каскаде транзистора с одним значение β на транзистор с отличным значением β, приходится снова подбирать значения R_б и R_к. На усиление транзистора с такой простой схемой смешения оказывает влияние помимо разброса параметров транзисторов еще и изменение температуры окружающей среды.

Более стабилен в работе каскад, имеющий термостабилизацию по схеме, представленной на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Принципиальная схема транзисторного каскада с резисторной нагрузкой с термостабилизацией режима

В этом случае к напряжению, измеренному между коллектором и плюсом питания, добавляется напряжение на резисторе R_э, которое составляет приблизительно 1 В. Если считать, что напряжение между коллектором и эмиттером может быть снижено до 1,5 В, так как каскад стабилизирован, то общее напряжение между коллектором и «землей», как и первом случае, должно быть не менее 2,5 В. Указанные режимы являются ориентировочными, средними в случае работоспособных транзисторов. В каскадах, где режимы отличаются от рекомендованных на 20…30 %, подстраивание их режимов на первой стадии налаживания можно не проводить. Установку режима работы транзистора можно производить резистором R_б1, который соединен с базой транзистора. Для увеличения тока коллектора необходимо сопротивление резистора R_б1 уменьшить, а для уменьшения, наоборот, увеличить. Для удобства настройки каскада резистор R_б1 составляют из двух резисторов: одного переменного и одного постоянного с сопротивлением 10…30 кОм. Изменяя сопротивление переменного резистора, добиваются необходимого тока коллектора. Омметром измеряют получившееся сопротивление двух резисторов и затем вместо них впаивают один резистор, величина сопротивления которого равна измеренному значению двух сопротивлений.

Ток коллектора в схеме со стабилизацией можно оценить, измерив напряжение на резисторе R_э. Если разделить величину падения напряжения (в вольтах) на величину R_э (в килоомах), то получим ток эмиттера в миллиамперах. Ток коллектора меньше тока эмиттера на величину базового тока, а последний не превышает 5 % I_э. Поэтому можно считать, что I_э = I_б. В каскадах с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы напряжение на коллекторе равняется напряжению источника питания и здесь необходим контроль тока коллектора (рис. 8.6). Регулировку такого каскада также производят подбором величины сопротивления резистора R_б.

Рис. 8.6. Принципиальная схема каскада с индуктивной нагрузкой без стабилизации режима работы

Включение в цепи n-р-n и р-n-р транзисторов отличается только полярностью напряжения на коллекторе и смещением. Кремниевые и германиевые транзисторы одной и той же структуры отличаются между собой только значением напряжения смещения. У кремниевых оно приблизительно на 0,45 В больше, чем у германиевых. На рис. 8.1 и 8.2 показаны условные графические обозначения биполярных транзисторов той и другой структур, произведенных на основе германия и кремния, а также типовое напряжение смешения. Электроды транзисторов, обозначенных первыми буквами слов, расшифровываются: Э – эмиттер, Б – база, К – коллектор. Напряжения смещения показаны относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах транзисторов показывают относительно общего провода устройства.

В радиоэлектронных устройствах радиолюбители используют также полевые транзисторы, в которых управление током между двумя электродами, образованными направленным движением носителей заряда дырок или электронов, производится электрическим полем, образованным напряжением на электроде. Электроды, между которыми протекает регулируемый ток, носят название исток (И) и сток (С), причем исток есть тот электрод, с которого выходят носители зарядов. Третий, управляющий электрод, называют затвором (3) (см. рис. 8.3).

Существуют полевые транзисторы с изолированным затвором. Эти транзисторы имеют очень большое входное сопротивление и работают на очень больших частотах. Транзисторы этого типа имеют очень низкую электрическую прочность изолированного затвора. Для его пробоя и выхода из строя достаточно слабого статического электричества, которое всегда присутствует на теле человека, одежде и инструменте. В связи с этим выводы полевых транзисторов с изолированным затвором при хранении нужно скручивать вместе голым проводом.

При монтаже транзисторов руки и инструмент необходимо «заземлять». Преимущество полевых транзисторов по сравнению с биполярными состоит в том, что они имеют высокое входное сопротивление.

Это сопротивление на низкой частоте достигает несколько мегаом, а на средних и высоких частотах – несколько десятков или сотен килоом в зависимости от серии. Для сравнения, биполярные транзисторы имеют входное сопротивление приблизительно до 1…2 кОм.