Николай_С

Исходная статья с расчетными формулами расположена тут.
автор: Николай_С
под редакцией: СветLANa


От автора: Статья написана в помощь начинающим радиолюбителям.
Сегодня выдался спокойный денёк и можно было заняться разбором литературы в мастерской. Книг и журналов накопилось достаточное количество. В большинстве своем это техническая литература по электронике и программированию. Очень много справочников, периодических изданий, сохранившихся с начала 90-х годов. Такую литературу хранить бессмысленно и я стараюсь её куда-нибудь пристроить. Перебирая в голове всех знакомых ценителей раритетов, остановил свой выбор на знакомой по интернету девушке Светлане из города Томска (известной на большинстве форумов под ником СветLANa). После непродолжительной переписки выяснилось, что у нее самой этого добра хоть отбавляй, что она уже давно хранит всё в электронном виде и дала мне ссылку на свою библиотеку в интернете. А вот что было дальше – об этом и статья.


Придя вечером домой, решил посмотреть на библиотеку Светланы. Обнаружив среди прочей периодики знакомые названия журналов, начал свое путешествие именно с них. Самый первый журнал, который я выписывал еще в школе, под названием «Юный Техник» (ЮТ) в этой библиотеке начинался аж с 1956 года! Быстренько прикинув в уме, с какого года были мои журналы, отыскал те, что знакомы мне с 14-ти летнего возраста. Без труда нашел статьи по которым начинал постигать секреты радиодела.
В те годы магазины, где продавались радиодетали, были наперечет. Радиодетали продавали вместе с бытовой радиоэлектронной аппаратурой. Связываться с огромным ассортиментом «мелочевки» никакого резона не было, поэтому на прилавках было выставлено не более десятка видов транзисторов, чуть больше резисторов, конденсаторов и таких деталей, о назначении которых я даже не догадывался в ту пору. Основной ассортимент составляли радиолампы, перегоравшие с достаточной регулярностью в выпускаемой в то время аппаратуре и имевшие спрос. По этой причине, для своих первых конструкций радиодетали приходилось собирать подолгу, зачастую даже отказываться от сборки понравившегося устройства в пользу того, на которое была возможность их приобретения. А если вспомнить о том, что литературы для начинающих просто не было, кроме периодических изданий, на которые нужно было подписаться в середине предыдущего года, то можете себе представить, какие трудности поджидали радиолюбителя в начале своего нелегкого пути. Подбирая конструкцию для самостоятельной сборки, приходилось учитывать множество факторов:

• Полезность устройства в быту. Какой резон было собирать то, что потом будет без дела пылиться на полке?
• Доступность радиодеталей. Понятно, что не все детали возможно было купить или заменить аналогами. Именно по этой причине было отложено до «лучших времен» целый ряд полезных и интересных конструкций.
• Понятность изложения материала в статье. По этому признаку была выбрана подписка на ЮТ. Хотя в журнале электронной тематике была посвящена всего одна статья в почти каждом номере, однако написана она была всегда доступным для понимания языком. В некоторых случаях описывалась технология монтажа и изготовления уникальных частей.
• Минимум ошибок в схеме и описании. Без знаний, опыта и посторонней помощи собрать и отладить устройство совсем не просто. А если присутствуют схемотехнические ошибки? Или ошибки в расчете номиналов? Такое устройство однозначно окажется в ряду незавершенных, а что особенно обидно, на последнем этапе, когда потрачена куча усилий.

Нужно отметить, что насажать ошибок в элементарную схему из двух десятков деталей могли в любом журнале и на любом этапе. Особенно этим грешил в ту пору журнал «Радио». И тут приходилось уповать только на везение. Исходя из вышесказанного, для своей первой конструкции была выбрана статья из раздела «Заочная школа электроники» ЮТ №6 за 1980 год – тот самый год, когда всё у меня только начиналось.


Рисунок 1

Являясь заядлым туристом, я не мог пройти мимо таких полезных в походе устройств. К моему большому сожалению, ни одному из устройств так и не суждено было быть реализованным «в железе». Мне так и не удалось найти миниатюрную ЛДС для освещения палатки (Рис.1 схема №2), хотя все остальные детали удалось найти. С велосипедной фарой (Рис.1 схема №3) тоже случился конфуз: согласно схеме, фара не должна иметь соединения с велосипедной рамой, однако на практике это оказалось невыполнимо. Крепеж фары конструктивно был связан с одним из её контактов, что делало схему нереализуемой. Устройство для отпугивания комаров (Рис.1 схема №4) не отпугивало, а приманивало комаров. Сигнализатор влажности (Рис.1 схема №1), хоть и был собран на макетной плате, не получил своей дальнейшей реализации ввиду своей малозначительности. Ведь гораздо проще узнать о дожде по звуку, запаху, или высунув руку из палатки. По этим причинам, моей первой конструкцией было устройство из следующего номера.
Хочу Вашему вниманию, дорогой читатель, представить «Веселого спутника». По своему функционалу, это устройство ничуть не уступало первоначальному выбору. Радиоприемник в походе – вещь нужная, а это устройство оснащено еще и мегафоном! Этот факт «купил меня с потрохами».


Рисунок 2

Прокатившись по радиомагазинам города, я к своей радости обнаружил, что применяемые в устройстве транзисторы имеются в продаже. На благое дело деньги были выделены из семейного бюджета и я был счастливым обладателем комплементарной пары германиевых транзисторов средней мощности. Динамик был изъят из громкоговорителя абонентской точки, в качестве микрофона использовался наушник ТОН-2А. Магнитную антенну сделал из купленного на сдачу ферритового стержня и провода с катушки от фильтра ПЧ старого телевизора. На удивление удалось даже купить полевой транзистор. Фольгированный стеклотекстолит для изготовления печатной платы мне подарил сосед по лестничной площадке, работавший в те годы на одном из двух предприятий города, выпускавшей радиоэлектронику. Теперь мне предстояло впервые в своей жизни развести и изготовить печатную плату (ПП). Я не стал долго мудрствовать и развел ПП, повторяя проводники принципиальной схемы. Можете себе представить, какого размера получилась ПП… Но в ту пору меня это не смущало. Правда не обошлось без ошибок. Я не учел, что радиодетали монтируются с противоположной стороны от проводников, поэтому разводка должна быть зеркальной. Выяснилось это когда ПП была уже изготовлена, непосредственно в момент монтажа. Пришлось монтировать транзисторы, перекрестив их ножки и одев на них изолирующие пластмассовые трубочки – кембрики. Настало время первого включения. Момент всегда волнующий, так как именно во время первого включения будет подведена черта всей проделанной работы. Как и следовало ожидать, чуда не произошло. Приемник начал издавать громкие щелкающие звуки. Переключение его в режим мегафона ничего не меняло. Я в полном тупике. И тут сосед Сергей Федорович сделал мне поистине королевский подарок – тестер ТТ-1. Это был мой первый измерительный прибор, с помощью которого я отлаживал все свои дальнейшие устройства. Измерения показали, что флюс, который я использовал для пайки (хлористый цинк), не годится для радиомонтажных работ – он проводит ток. Пришлось всё демонтировать, промыть ПП с обеих сторон и запаять всё обратно, но уже с использованием канифоли. В ходе этих работ отвалились почти все контактные площадки. Оказалось, что паяльник нельзя перегревать, иначе припой перестает к нему прилипать, а контактные площадки начинают отваливаться даже от секундного прикосновения к ним. Хорошо, что ножки были откушены с некоторым запасом. Теперь усилитель заработал и можно было пользоваться мегафоном. Регулировать ничего не пришлось. Ток оказался в норме, а выходные транзисторы были чуть-чуть теплыми.
Вдоволь наигравшись с мегафоном, решил настраивать радиоприемник. Тут одного тестера оказалось мало. Ток через полевой транзистор был в норме, но приемник молчал как партизан на допросе. Промучился я с ним не один день, пока из динамика не раздалось громкое невнятное бормотание. Самое интересное, что в этот момент я с приемником ничего не делал. Причина возникновения этих звуков для меня была совершенно непонятна. Впоследствии источник этих звуков – коллективная школьная радиолюбительская станция – сыграла решающую роль в выборе профессии на всю жизнь. А пока я ежедневно включал приемник и вслушивался в эфир, пытаясь разобрать эти странные звуки.
Как не трудно догадаться, хлорный цинк и перегрев ПП сделали свое «черное дело» и устройство пришлось разобрать на детали, так и не поместив в корпус. А вот статью про второе устройство, которое служит мне верой и правдой по сегодняшний день, я обнаружил в ЮТ №3 за 1981г. По своей полезности, блок питания (БП) с электронной защитой от короткого замыкания (КЗ), находится на первом месте в списке устройств начинающего радиолюбителя.


Рисунок 3

Теперь у меня уже имелся опыт изготовления устройств, а вот искусство схемотехники я постигал на этом устройстве. Поразмыслив над функционалом, я решил, что лишние звуки мне не нужны, поэтому мне предстояло «уволить» систему сигнализации так, чтобы это не отразилось на работе всего остального устройства.
Благодаря своему радиоприемнику, я узнал о существовании в нашей школе радиокружка и к моменту создания своего БП был одним из его членов. Проблема с радиодеталями отпала сама собой – теперь всё финансировала школа, а радиодетали доставали руководители кружка. Они же осуществляли экспертную оценку принципиальной схемы. «Кастрированную» схему одобрили с первого раза и началась работа по её сборке. Этап макетирования решил пропустить – эксперты ведь были отменные. Идея навесного монтажа мне изначально не понравилась. Первый опыт изготовления ПП показал, что не стоит трассировать аналогично принципиальной схеме. Тут требовался иной подход:
1. Размещение радиоэлементов должно быть сделано на предполагаемом макете ПП исходя из следующих условий:
1.1. Не должно быть взаимных электромагнитных помех. Контакты и проводники входных цепей должны быть расположены, по возможности, дальше от выходных. Это условие относится скорее к ВЧ аппаратуре, нежели к БП.
1.2. Контактные площадки для проводов должны находиться по краю платы и, желательно, с одной её стороны. Это облегчит монтаж, сборку и наладку устройства.
1.3. Теплонагруженные элементы схемы должны размещаться так, чтобы радиатор выходил за границы ПП, а лучше – за границы внутреннего пространства корпуса. Это снизит температурное влияние между элементами схемы.
1.4. Сами радиоэлементы должны размещаться так, чтобы равномерно заполнить всё пространство ПП.
1.5. Дорожки, соединяющие выводы радиоэлементов, должны быть минимальной длины. Это тоже обязательное требование к ВЧ аппаратуре, но распространяется на все виды устройств.
1.6. Размещение и трассировка выполняются с учетом того, что монтаж радиодеталей производится с противоположной от проводников стороны ПП. Поэтому, прикидывая размер и расположение ножек деталей, размещаем их на макете кверху ногами.
2. Трассировка делается проводниками достаточной ширины. Ширина проводника рассчитывается индивидуально исходя из силы тока, протекающего по нему. Плотность тока для медной фольги должна быть не более 4 А/мм2 . При толщине фольги h = 0,25 мм, находим ширину дорожки.
3. Расстояние между дорожками должно быть достаточным, чтобы не возникало пробоя диэлектрика. Для неоднородного диэлектрика, коим является стеклотекстолит, расстояние рассчитывается исходя из его электрической прочности, равной 10 кВ/мм.
На практике это расстояние выбирают не менее 0,35 мм исходя из технологических соображений изготовления ПП.
4. Дорожки не должны иметь острых углов, все углы должны быть плавными или выполнены ломаными линиями, так как на острых углах скапливаются заряды. Это важно как для высоковольтных цепей, так и для ВЧ.
В качестве корпуса БП, был выбран конструктив списанного автобусного усилителя. Он наиболее точно подходил по размерам, материалу и имел в наличие радиатор для транзистора П213. На месте второго радиатора, была изготовлена из органического стекла лицевая панель, содержащая клеммы, вольтметр/амперметр, выключатель и индикатор питания. Внутренние соединения были выполнены монтажными проводами, собранными в жгут. Вот что в результате получилось:

Рисунок 4

Как видно из рисунка 4, конструктив получился достаточно прочный и симпатичный. На правом фото видны подстроечные резисторы, которыми регулируются показания вольтметра/амперметра. Красная кнопка между клеммами на передней панели переключает режим его измерений. Если бы я сегодня начал собирать это устройство, то наверняка бы делал это по обновленной схеме (Рис.5)


Рисунок 5

Основное изменение касается смены полярности питания и проводимости транзисторов. Изменена индикация включения, добавлен шунт измерителя тока и переключатель режимов измерения микроамперметра. Полупроводники заменены современными отечественными аналогами. В качестве переключателя В2 можно использовать готовую микрокнопку МП-3 или изготовить самостоятельно (как в моей конструкции). Резисторы, помеченные звездочками (*), требуют подбора. Если R12 подобрать не удается, то установку показаний тока потребления можно осуществить подстроечным резистором, сопротивлением 100 Ом, включенным последовательно с микроамперметром. На показания вольтметра это практически никак не отразится. Если размер передней панели позволяет, то лучше отдельно поставить вольтметр и амперметр, снятые с какого-нибудь старенького стереомагнитофона. Это более удобно, например, можно сразу видеть какая мощность у нагрузки. Точности показаний таких приборов более чем достаточны, а если нужна бóльшая точность, всегда под рукой есть тестер.