Навесной монтаж и печатные платы - битва продолжается. Навесной монтаж радиоэлементов


Навесной монтаж и печатные платы - битва продолжается - Блог - Kombik.com

13 февраля 2012 | Максим Иванов

Этот спор вечен: Что лучше, point-to-point ручная работа или PCB платы в гитарных усилителях. Добро пожаловать на страницы нашего еженедельного (будем стараться) журнала о гитарном и не только звуке. Сегодня мы поговорим о плюсах и минусах в производстве гитарных усилителей тем или иным способом.

Надеюсь, что эта статья поможет вам более точно подойти к выбору и покупке своих усилителей. В этой статье будут затронуты такие важные моменты, как надёжность, уровень шума, лёгкость ремонта, а также 2 самых важных момента для любого гитариста - звук и цена.

Что такое PTP и что такое PCB?

Наверняка есть много людей, которые не слышали о PTP (point-to-point, навесной монтаж, ручная пайка) или PCB (printed circuit board, печатные платы). А может и слышали, но не придавали особого значения. Итак, приступим. PTP схемотехника - это именно то, что зашифровано в названии - точка к точке - соединение электронных компонентов между собой наиболее коротким возможным способом при помощи ручной пайки. Этого можно добиться несколькими способами.

В некоторых усилителях и эффектах компоненты спаяны между собой без помощи каких-либо плат, это так называемый “true” PTP монтаж, это довольно прочный способ, вывести из строя который довольно трудно. Другой способ PTP монтажа - при помощи специальных монтажных плат. По сути этот способ ничем не отличается от непосредственного соединения деталей между собой, просто в таком виде все более упорядоченно, к компонентам легче подобраться и при необходимости их заменить. В обоих случаях компоненты, которые монтируются на шасси усилителя: трансформаторы, разъёмы, ламповые панели соединяются с остальными компонентами гибкими проводами.

Печатную плату (PCB) впервые запатентовали в 1903 году, хотя широкое распространение она получила только после второй мировой войны. Основной идеей было заменить громоздкие схемы в радиоприёмниках более компактным решением. PCB служит не только для того, чтобы монтировать на неё электронные компоненты, но в самой плате также есть медные трассы - для соединения компонентов между собой. Через них передаётся электричество.

Преимущество печатной платы в том, что компоненты теперь не надо соединять последовательно один за другим в одну линию. PCB позволяет вам располагать компоненты в любом удобном вам порядке, система соединений для них уже будет продумана в самой плате. Само собой такой способ монтажа допускает более сложные схемы усилителей, чем в варианте с PTP.  Первые печатные платы были однослойными (односторонними), это означает, что пайка проводилась только с одной стороны платы, куда собственно и подходила медная трасса.

Позже были придуманы многослойные платы. Соответственно, пайка с двух сторон платы и несколько различных трасс к 1 компоненту. Получается опять экономия места и более хитрые инженерные решения, к тому же такой способ позволяет компонентам более прочно прикрепляться к плате и делает усилитель в целом более стойким к механическим повреждениям и вибрации.

PTP Point-to-Point

Итак, давайте взглянем на положительные стороны PTP монтажа. Такие схемы очень хорошо переносят невзгоды транспортировки, они прочные и надёжные. Прямое соединение компонентов между собой, либо при помощи монтажных плат, как правило, занимает довольно много места, особенно если речь о “true” PTP. Как только компоненты спаяны между собой, они образуют прочнейшее соединение, стойкое к вибрации. Опыт показывает, что такие усилители работают всю вашу жизнь. Возьмите любой старый Ampeg или Fender и взгляните внутрь. 90% соединений там могут работать 40 лет и больше без каких либо проблем!

PTP схема также позволяет соединять компоненты наиболее коротким способом из возможных. Если такая схема правильно спроектирована, и все компоненты и провода расположены правильно, между ними будет минимум перекрёстных помех и паразитных связей, что непосредственно скажется на звуке усилителя в лучшую сторону. Если же схема так себе - будет вам и шум и помехи и наводки по полной программе.

PTP монтаж предполагает кропотливую ручную работу, которую можно даже назвать искусством, компоненты с большой осторожностью и точностью соединяются между собой, соблюдаются правильные углы, параллели, при этом используется минимум проводов. И здесь дело не в гордости производителей, мол, смотрите как мы паримся над звуком (хотя, конечно, не без этого). Такой осторожности и дотошности есть причины.

Любые два электрических проводника, через которые идёт ток с разным напряжением, начинают взаимодействовать между собой, создавая сопротивление. Это та самая паразитная связь о которой упоминалось выше. Борьба с такими вещами и есть самое трудное в разработке и производстве такого рода усилителей, ведь важно сохранить чистое звучание.

Слишком сильные паразитные связи сказываются на звуке в худшую сторону, особенно это заметно в высокочастотном диапазоне.  Вы можете заметить, что провода в PTP усилителях не просто висят как попало - это сделано именно для того чтобы избежать ненужных помех.

PTP усилитель легко чинить и модить. Компоненты легко выпаиваются с минимальными усилиями, монтажную плату при этом не надо демонтировать. Гитарные техники обожают такие усилители. Если схема хорошая, найти неисправность очень легко, устранить её - тоже. Также компоненты можно убирать и ставить обратно по нескольку раз, и это не скажется на схеме. Это очень важный момент для любого специалиста, который чинит или модифицирует ваш усилитель.

Но, конечно же, как и во всём, в PTP есть и минусы. Во-первых это цена. Хорошо сделанный PTP усилитель стоит не в 1 раз дороже, чем обычный. Их довольно долго собирают. Поэтому знайте, что дешевых и хороших PTP усилителей не бывает. Никто не станет париться над звуком за копейки, ведь это отнимает очень много времени.

Плохая схема PTP будет содержать полный набор косяков, от которых вашему звуку не поздоровится. Как вы уже догадались, большее время на сборку, работа руками а не конвейер, требуется очень квалифицированный специалист. Если спец неграмотный, все плюсы PTP улетучиваются. Деньги немалые, а толку ноль.

В итоге имеем стоимость крутого PTP усилителя, сделанного руками в 2-3 раза больше, чем его PCB версии. Ну и последний минус - вес таких усилителей. Как правило все они довольно тяжелые. Хотя, для кого-то это не проблема.

PCB

Итак, приступаем к печатным платам. Гитаристы не особенно их почитают, скорее мирятся с отсутствием денег на PTP. Есть разные теории типа стерильного звука печатных плат, больших помех и т.п. Взглянем же на плюсы и на минусы более пристально.

Самое важное преимущество PCB усилителей - их более низкая цена. Даже многие бутики идут на то, что выпускают несколько моделей своих усилителей или эффектов в вариантах с печатными платами (например, Cornford и Mad Professor), чтобы сделать свои продукты доступными большему числу людей. Такие усилители и эффекты можно выпускать большими тиражами, в сборке большей частью участвуют машины. Людской труд минимален. Меньше себестоимость, больше усилителей, цена ниже. Покупатель доволен.

PCB усилители звучат идентично, тогда как PTP варианты из-за того что сборка ручная, всё-таки слегка различаются между собой, так как невозможно идеально воспроизвести ручной труд.  Не скажу, что это плохо, но, по крайней мере, вы предупреждены. Другой важный момент - это однородность контактов компонентов с платой. При массовом производстве используется т.н. пайка волной припоя - это когда все компоненты припаиваются в один и тот же момент времени. Соединения получаются одинаковые.

А теперь давайте представим что у нас две PCB платы - хорошая и плохая. Плохие писибишки - не такая уж редкость, как бы нам хотелось. Отчасти это именно их вина в том, что многие считают PCB не вариантом для себя. Тем не менее, хорошо продуманная плата при надлежащей сборке будет звучать так же хорошо, как и навесной монтаж, причем каждый последующий экземпляр будет полной копией предыдущего.

Хорошие платы PCB имеют сквозные отверстия для компонентов, они более толстые и трассы также более массивные. Хороший пример дорогого PCB усилителя - Soldano SLO. Такая конструкция надёжна, и крайне маловероятно она разболтается. Тощина плат имеет значение. Хорошая PCB плата как правило толщиной 1/8”, трассы массивные и в принципе способны выдержать большее напряжение, чем нужно для нормальной работы усилителя. И конечно же, никаких помех и паразитных наводок в хороших PCB усилителях нет.

ОК, теперь о минусах. Очень важный момент - многие производители пытаясь снизить свои издержки, перешли к монтажу всех деталей на платы, то есть разъемов для ламп, потенциометров, входов и т.п. Минимум проводов, максимум полуфабрикат. Это проблема. Разъёмы для ламп нагреваются, нагревают схему.

Со временем все эти перепады температур от включения и выключения усилителя ведут к появлению трещин в пайке, что вам может сильно аукнуться на важном концерте в чужом городе. Дешевые пластиковые разъёмы для джеков обычно монтируются напрямую на плату. В PTP вариантах как правило используются хорошие массивные металлические разъёмы.

Вход в усилителе - это наверное самое часто используемое место после кнопки power и stand by. Естественно, со временем это даст о себе знать. Пластиковые разъёмы бывает ломаются, причем настолько неудачно, что вместе с ними ломается часть платы.

Чтобы PCB звучал бесшумно и работал без проблем, нужна хорошо продуманная схема. Конечно же, само расположение компонентов здесь играет важную роль, но не менее важна трассировка на плате во избежание паразитных взаимодействий между компонентами. Это не так просто, как может показаться.

Здесь нужен инженер, хорошо разбирающийся в аналоговых схемах. При массовом производстве усилителей всё посчитает программа. К сожалению, большинство таких программ рассчитано на цифровые схемы, они не учитывают возможные проблемы при производстве аналоговых приборов. Если инженер ошибся при разработке, вся серия получится полным г.

И наконец, платы PCB, как правило, делают из стеклоэпоксидных материалов. Как уже упоминалось выше, желательно чтобы плата была толстой с массивными разводами для компонентов, однако у производителей бывает другое мнение на этот счет. Большинство бюджетных вариантов делается с платами толщиной 1/16”, плюс платы сами по себе довольно длинные.

Если при установке платы в усилитель конструкция не позволяет сделать это без перегибов, это чревато разломом платы, ну или на крайняк - трещинками в неожиданных местах. Особенно если вы усилитель таскаете с собой. Само собой, это не то, за что вы платите деньги. Если плата сломается - усилитель можно выбрасывать.

Конечно, есть техники-ремонтники, которые, в принципе, могут такие трещины залечить и вернуть ваш драгоценный усилитель к жизни, но никаких гарантий о том что это больше не случится вам никто не даст и скорее всего повторный ремонт уже будет невозможен.

В заключение хочется сказать, что есть хорошее и там и там. Классный PCB усилитель будет звучать просто замечательно, так что вы даже не задумаетесь о том, что у него внутри. Есть ли смысл гоняться за PTP? Если есть деньги, то почему нет. Такой усилитель прослужит вам всю жизнь, а не это ли идеальная покупка?

С другой стороны можно дрожать за свои винтажные комбики, а можно играть на том, что не жалко потерять. Каждый решает сам. Надежные PCB усилители есть и их немало. Одно лишь правило остается неизменным - не стоит экономить на своём звуке. Чудес не бывает.

Если вы собрались покупать дорогую вещь, обсудите это с коллегами, узнайте мнение профессионалов и технарей. Хорошая вещь прослужит вам долго и будет радовать вас своим звуком не один год. За это мы и любим классные усилители - на них хочется играть снова и снова. Удачи вам в поисках своего звучания!

Кстати, о каком усилителе мечтаете вы?

www.kombik.com

Методика монтажа ламповой конструкции для удобного налаживания

В статье описана конструкция модуля для небольших ламповых конструкций, имитирующего печатный монтаж, но лишённого его недостатков.Бывает, хочется собрать что-нибудь на лампах, но есть сомнения – какую схему выбрать, какие детали применить? Начинать с изготовления печатной платы? А вдруг схема окажется неудачной или потребуется заменить, подобрать или добавить детали?

Недостатки печатного монтажа в ламповом применении

Мой опыт изготовления и ремонта ламповых конструкций показывает, что лампы не дружат с печатными платами.Причин тому несколько.1) Механическая прочность даже толстого текстолита не достаточна, особенно при замене ламп.2) Местный нагрев от ламп приводит к микротрещинам паек и расслоению платы.3) Большой ток в цепях накала и высокое напряжение на аноде приводит к перегреву или пробою дорожек на плате.

Модуль для ламповой конструкции

Всем хорош навесной монтаж на панелях ламп и монтажных планках, но планки последнее время стали дефицитом, да и гибкостью при замене деталей навесной монтаж не отличается.Что же делать бедному радиолюбителю-конструктору? Я нашёл свой метод и после проверки временем и звуком хочу поделится с жителями и гостями ДАТАГОРска. Не претендую на новизну, т.к. конструкция основана на давно известном способе прорезания фольги резаком.

Итак, сначала прикидываю примерно топологию будующей платы — размер и расположение деталей. Беру подходящие куски оцинкованного железа толщиной 1 мм и двухстороннего фольгированного текстолита, чем толще — тем лучше. Скрепляю их вместе винтами по углам, которые потом послужат для крепления плат в корпусе.

Сверлю конусом или зубчатым стаканом отверстия под ламповые панели и другие детали сразу сквозь весь пакет.Разрезаю широким (1,5-2,0 мм) резаком или фрезой фольгу на площадки примерно 10×10 мм, крайние по периметру дорожки не нужно разрезать — они используются как общий провод.

Фольгу вокруг крепёжных винтов также нужно удалить кроме одного, он соединит металл с общим проводом и образует надёжный экран для всей платы.Площадки и дорожки зачищаю мелкой наждачной шкуркой, проверяю на замыкания между ними, покрываю флюсом и облуживаю.Креплю ламповые панели и соединяю их с ближайшими площадками на плате нетонкими одножильными проводниками. Слой металла в пакете и проводники от панелек эффективно отводят тепло. Если нужно разместить детали со стороны ламп — сверлю отверстия под их выводы сквозь весь пакет, одеваю на них изолирующие трубки и распаиваю на площадках. Можно паять мелкие детали и на панельки ламп.

Площадки с высоким напряжением после проверки схемы можно покрыть лаком.

Итого

По такой технологии я собирал RIAA–корректор для винила, усилитель для наушников (на фото) и регулятор тембра на лампах. Все схемы дорабатывались и настраивались, несколько раз заменялись детали — легко и удобно, без изменения конструкции вцелом.Не возникало проблем с фоном и помехами, конечно, при соблюдении других «ламповых правил».

Спасибо за внимание!

Павел (pavel_k)

Израиль, Мигдаль-а-Эмэк

Родился в Сибири в 1960г. С 1975 года радиолюбитель-конструктор. В 1977 поступил в Томский ТИАСУР.

В 1979-1981 служил в армии, в связи.

После армии работал в а.н. СССР, занимался сборкой и испытанием ламповых модуляторов импульсов и высоковольтных источников питания для них до 25 кВ. Так же работал на кафедре Пром. электроники сборщиком-испытателем.

С 1990 по 1996 год работал радио-теле-мастером в ателье по ремонту.

С 1996 года живу в Израиле. Работаю техником-электриком по обслуживанию оборудования.

Всё время не оставлял своего увлечения. Мной изготовлены 9 ламповых и 12 транзисторных усилителей. Сделал полную реставрацию ламповых усилителей Marschall, Fender 60-х годов.Много проектов по ремонту и улучшению параметров разной техники.

Интернетом пользуюсь для поиска схем и обмена опытом. Могу помочь коллегам советом.

 

datagor.ru

Радиомонтажные работы – ldsound.ru

Современное промышленное производство радиоаппаратуры и вычислительной техники основано на применении печатного монтажа. Этот метод в основном ориентирован на элементную базу микроэлектроники и характеризуется высокой технологичностью в условиях серийного производства. Печатный монтаж позволяет существенно снизить габаритные размеры аппаратуры и повысить ее надежность.

Не смотря на то, что печатный монтаж технологически сложнее проволочного, он очень широко распространен в радиолюбительской практике и практически незаменим при создании высоконадежных, компактных устройств на основе микроэлектронных компонентов. Однако начинающим радиолюбителям следует знать, что применение печатного монтажа требует определенного опыта. Дело в том, что высокая плотность печатного монтажа увеличивает вероятность возникновения паразитных связей и электрического пробоя между элементами, может привести к перегреву и другим нежелательным явлениям, нарушающим работоспособность устройства. При этом ошибки, допущенные на этапе конструирования, исправить практически невозможно — печатный монтаж не позволяет вносить существенные изменения в изготовленную схему. Поэтому, прежде чем приступить к работе, начинающему радиолюбителю необходимо детально познакомиться с основными правилами и технологическими приемами выполнения печатного монтажа.

При печатном монтаже соединение между деталями осуществляется с помощью печатных проводников, т.е. дорожек из тонкой медной фольги, наклеенной на поверхность пластины из гетинакса или стеклотекстолита. Для этого на фольгу наносят краской рисунок электрических соединений между выводами радиодеталей и погружают плату в раствор травителя. Фольга, не защищенная краской, вытравливается, и на плате остается медный рисунок электрических соединений схемы. Выводы радиодеталей пропускают через монтажные отверстия в плате и припаивают к печатным проводникам, при этом навесные элементы располагаются с одной стороны платы, а печатные проводники — с другой.

Перед изготовлением печатной платы необходимо сделать ее чертеж. Это достаточно трудоемкий процесс, поскольку детали необходимо расположить таким образом, чтобы при максимальной плотности монтажа не допустить пересечения печатных проводников. При компоновке печатных плат удобно пользоваться аппликациями, которые представляют собой контурные изображения радиодеталей, вырезанные из картона или плотной бумаги. На аппликациях проставляют их схемные обозначения, цоколевку, полярность выводов и т.п. Затем на листе бумаги чертят прямоугольник, соответствующий по размерам будущей печатной плате, и внутри него раскладывают аппликации, добиваясь наиболее оптимального их расположения и отсутствия пересечений соединительных проводников. После того, как аппликации разложены, можно приступать к изображению печатных проводников, отмечая места соединений с выводами навесных элементов и внешними устройствами. Готовый рисунок печатной платы необходимо сверить с принципиальной схемой и убедиться в отсутствии ошибок.

При компоновке радиодеталей на печатной плате нужно придерживаться следующих правил.

Радиодетали обычно располагают параллельно поверхности платы (рис. 1,а). Для увеличения плотности монтажа иногда применяют вертикальную установку (рис. 1,6), однако следует иметь в виду, что в этом случае детали должны иметь достаточно жесткие выводы.

view_013 ldsound.ru (1)

Корпуса навесных элементов при выполнении радиомонтажных работ должны располагаться параллельно или перпендикулярно друг к другу и краям платы (рис. 2). При этом расстояние между корпусом элемента и краем печатной платы должно быть не менее 1 мм, а между выводом элемента и краем платы – не менее 2 мм. Расстояние между корпусами соседних элементов следует выбирать с учетом теплового режима и взаимного влияния элементов, но не менее 0,5 мм. Расстояние между выводами элементов должно удовлетворять условиям электрической прочности изолирующих промежутков и его выбирают в зависимости от разности потенциалов между выводами.

view_013 ldsound.ru (2)

Ширина печатных проводников должна быть не менее 1,5-2 мм, а расстояние между соседними проводниками — не менее 1 мм (рис. 3). Контактные площадки — участки, окружающие монтажные отверстия и предназначенные для присоединения выводов навесных элементов, делают более широкими (3-4 мм) для того, чтобы во время пайки не происходило отслаивание медной фольги. При этом на каждой контактной площадке допускается крепление вывода только одного навесного элемента при радиомонтажных работах.

view_013 ldsound.ru (3)

Шины питания обычно располагают вдоль краев печатной платы, их делают более широкими по сравнению с другими проводниками.

Если при компоновке платы не удается избежать пересечения печатных проводников, то в месте пересечения следует разорвать проводник и сделать две контактные площадки, которые впоследствии соединяют проволочной перемычкой, впаянной со стороны навесного монтажа.

Корпуса массивных деталей (подстроечных резисторов, конденсаторов, трансформаторов, реле и т.п.) необходимо механически закрепить на плате с помощью хомутов, скоб или держателей. Для повышения механической прочности конструкции такие детали следует располагать недалеко от точек крепления платы к шасси. Расположение подстроечных элементов должно обеспечивать свободный доступ к ним при регулировке устройства.

На печатной плате следует предусмотреть выводы для соединения с другими платами и внешними деталями (силовым трансформатором, входными и выходными клеммами, переключателями и т.п.). Для этой цели используют разъемы или контактные опоры (шпильки, лепестки), впаянные в монтажные отверстия.

После того как выполнен чертеж печатного монтажа, его с помощью копировальной бумаги переносят на пластину из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Следует помнить, что рисунок всегда наносится со стороны фольги. В местах крепления выводов деталей кернером делают углубления и сверлят отверстия диаметром 0,8-1,5 мм. Затем те части фольги, которые должны оставаться на плате в виде печатных проводников, закрашивают нитрокраской или лаком. В качестве краски можно использовать клей БФ-2, подкрашенный небольшим количеством темной пасты от шариковой ручки. Обычно краску наносят с помощью стеклянного рейсфедера. Самодельный рейсфедер можно изготовить из пластмассового стержня шариковой авторучки. Для этого нужно нагреть конец стержня и, когда он размягчится, оттянуть пинцетом таким образом, чтобы конец принял конусообразную форму, а затем отрезать излишек в том месте, где диаметр трубки равен 1-1,5 мм.

После высыхания краски плату помещают в фотокювету с раствором хлорного железа плотностью 1,3 г/см3 (150 г хлорного железа на 200 см2 раствора) для травления незащищенных краской участков фольги. Процесс травления обычно продолжается 1-2 ч. Чтобы увеличить скорость травления, следует периодически покачивать кювету или подогревать раствор (с учетом теплостойкости защитного покрытия). Процесс травления необходимо время от времени контролировать, вынимая плату из раствора. Для того чтобы не произошло подтравливание печатных проводников под защитным покрытием, плату нужно вынуть из раствора сразу же после того, как будут удалены все незащищенные участки фольги, и тщательно промыть водой. После этого плату сушат и удаляют защитное покрытие. Основной слой краски обычно срезают скальпелем, затем промывают плату соответствующим растворителем (спиртом или ацетоном) и защищают наждачной бумагой. Чтобы поверхность печатных проводников не окислялась, печатную плату следует покрыть тонким слоем спирто-канифольного флюса и сразу залудить контактные площадки. При лужении печатных проводников нужно применять легкоплавкие припои (ПОС-61, ПОСВ-32 и т.п.) и не допускать перегрева фольги. На готовой плате необходимо внимательно проверить качество печатных проводников и устранить обнаруженные недостатки — соединить пайкой возможные разрывы печатных линий, удалить замыкающие «мостики» между соседними проводниками и т.п.

view_013 ldsound.ru (4)

При установке радиодеталей на печатную плату их выводы залуживают, пропускают через монтажные отверстия и подгибают к контактным площадкам (рис. 4). Длина подогнутого отрезка вывода должна быть такой, чтобы он не выходил за пределы контактной площадки, остальную часть вывода обрезают. Выводы диаметром более 0,8 мм не подгибают, при этом выступающая над контактной площадкой часть выводов должна иметь длину 0,5-1 мм. Положение корпуса детали должно быть таким, чтобы выводы, подпаянные к контактным площадкам, не отрывали их от платы при нажатии на корпус.

Распайку навесных элементов можно проводить по мере их установки в монтажные отверстия или сразу установить все радиодетали, закрепив их путем

подгиба концов, и после этого приступать к пайке. При монтаже печатных плат обычно пользуются паяльником мощностью не более 40 Вт и припоями с температурой плавления 130-180° С. Пайка проводится кратковременным (2-3 с) прикосновением жала паяльника к контактной площадке и концу вывода (рис. 5). Припой должен равномерно заполнить зазоры между выводом и контактной площадкой и закрыть монтажное отверстие. Нельзя допускать проникновения припоя на обратную сторону платы, затекания под корпуса радиодеталей, отслаивания печатных проводников, образования иглообразных выступов припоя и перемычек между соседними проводниками. После окончания пайки с поверхности платы удаляют остатки флюса и окончательно проверяют качество и надежность монтажа.

view_013 ldsound.ru (5)

Таковы основные принципы применения метода печатного монтажа. Надеемся, что наши советы помогут начинающим радиолюбителям в практической деятельности по изготовлению своих первых конструкций.

Автор: Карпов А.И.

г. Киев

Из журнала Радиоаматор за 1993 год, 8, 9, 10.

ldsound.ru


Смотрите также