Nie zrozummy się źle - płytki drukowane (PCB) są wspaniałe, szczególnie w masowo produkowanych urządzeniach. Bez nich nie dałoby się zrealizować większości urządzeń elektronicznych, jakie są na rynku. Nawet w zastosowaniu amatorskim krótkie serie dedykowanych PCB są często stosowane, by zapewnić sobie łatwość montażu i powtarzalność urządzeń.
W przypadku układów radiowych, pracujących do częstotliwości kilku megaherców, zwykła, dobrze zaprojektowana płytka drukowana w zupełności wystarczy. Kluczowym aspektem jest wylewka masy - duże pole miedzi zapewniające niskoimpedancyjny powrót prądu do zasilacza. Dzięki niej nie pojawiają się w układzie pojemności pasożytnicze, które mogłyby zakłócić działanie układów o wysokiej częstotliwości, przez co mając odpowiednią wylewkę masy na naszym PCB możemy bez problemu projektować układy pracujące przy wyższej częstotliwości.
Jeśli dopiero projektujemy układ lub prototypujemy jakieś rozwiązanie, to bardzo często robimy to na płytce stykowej. Niestety ma ona swoje ograniczenia i niespecjalnie nadaje się do testowania układów RF. Można oczywiście zamówić prototyp na dedykowanej PCB, ale jej zaprojektowanie jest czasochłonne, a sama produkcja dosyć droga i na gotowe PCB trzeba poczekać kilka dni.
Czy istnieje zatem jakaś bardziej praktyczna alternatywa dla konstruowania amatorskich układów radiowych? Okazuje się, że tak - istnieje dosyć stara technika budowania układów elektronicznych, którą przedstawimy w poniższym artykule i która doskonale nadaje się do szybkiego i łatwego budowania urządzeń RF w oparciu o kawałek laminatu. Technologia ta pozwala na prostą budowę układów radiowych, nawet takich, które pracują z częstotliwością powyżej gigaherców. Mimo swojego zamierzchłego rodowodu technologia ta nie wyklucza też stosowania elementów do montażu powierzchniowego. Wystarczy wiedzieć, jak się do tego zabrać.
Wynikowa płytka nie jest najprostszym układem w montażu ani nie prezentuje się za ładnie, ale działa i to jest w tym podejściu najważniejsze. Proces budowy zaczynamy od kawałka laminatu FR4, aczkolwiek inne rodzaje laminatu też powinny się nadać. Zamiast lutować elementy do wytrawionych ścieżek, cała płytka będzie wylewką masy, do której lutowane będą elementy, które podłączone są do masy. Pozostałe połączenia wykonywane są na tzw. "pająka". W ten oto sposób autor artykułu skonstruował opisany poniżej układ - generator grzebieniowy.
Układ tego typu generuje podstawowy ton - wąski spektralnie przebieg, wzbogacony o częstotliwości harmoniczne, w tym przypadku rozciągające się aż do 1 GHz. Jest to niezwykle przydatne urządzenie np. do konstruowania systemów mikrofalowych. Sercem generatora jest układ scalony 74HC00, w którym znajdują się cztery bramki logiczne NAND. Sygnał z 25 MHz generatora w obudowie SMD podawany jest na dwie z bramek NAND, aby otrzymać na ich wyjściach dwa przebiegi prostokątne. Są one minimalnie przesunięte w fazie między sobą, co powoduje, że po podaniu ich na trzecią z bramek NAND układ generuje bardzo wąskie impulsy, które posiadają niezwykle szerokie spektrum harmonicznych.
Aby zbudować obwód, autor podzielił warstwę miedzi na dwie części. Jeden mały obszar wzdłuż góry służy jako linia zasilania 5 V, a cała pozostała płaszczyzna miedzi tworzy wylewkę masy.
Aby odizolować masę od zasilania, wystarczy wykonać w laminacie płytkie nacięcie, tworząc granicę szyny zasilającej. Wystarczy wyciąć tylko warstwę miedzi. Autor zrobił to, nacinając równoległe linie za pomocą metalowego rysika. Następnie mocno trzymając stalową linijkę na zarysowanych liniach użył zwykłego noża do tapet, aby przeciąć całą miedzianą warstwę na całej długości linijki (wymaga to dość dużej siły, a często kilku podejść). Następnie, używając lutownicy do podgrzania miedzi pomiędzy zaznaczonymi liniami, można zdjąć ten fragment miedzi z laminatu.
Jak zamontować układ scalony na płycie, która jest w większości pojedynczą płaszczyzną bez otworów przelotowych? Wystarczy nóżki układu - pinu masy układu scalonego tak, aby dotykały powierzchni wylewki, do której je lutujemy, a pozostałe piny wyżej, by znajdowały się ponad płaszczyzną laminatu, równolegle do niego. W ten sposób układ trzyma się w miejscu. Następnie do wygiętych pinów lutujemy krótkie odcinki kabla lub wręcz nóżki innych elementów, zwłaszcza elementów dyskretnych.
W ten sposób niezwykle łatwo lutuje się elementy SMD, gdyż ich piny są lepiej dostępne niż normalnie - są odgięte do góry i bardzo łatwo przylutować do nich kabelki czy inne elementy.
Wylewka masy, czyli nasza płytka, będzie nie tylko elektryczną płaszczyzną odniesienia dla całego układu, ale także doskonałym radiatorem, z uwagi na swoją dużą powierzchnię. Jeśli mamy w układzie grzejący się element, taki jak np. liniowy stabilizator napięcia, to możemy przykręcić go bezpośrednio do PCB, pamiętając o ewentualnej konieczności zastosowania izolacji galwanicznej, jeśli pole termiczne w układzie jest połączone elektrycznie z czymś innym niż masa.
Przy odrobinie ćwiczeń w wycinaniu elementów z laminatu, w ten sam sposób możemy tworzyć bardziej wyrafinowane wzory ścieżek na płytce, na przykład punkty wspólne dla sygnałów elektrycznych. Taki obszar charakteryzuje się bardzo niską pojemnością pasożytniczą do masy. Dodatkowo, jeśli zachodzi taka potrzeba, nic nie stoi na przeszkodzie, abyśmy dodali na PCB otwory, w których obsadzać będziemy elementy w systemie.
Na zdjęciach po lewej stronie widzimy proces przygotowywania płytki i gotowy układ, według schematu zamieszczonego powyżej.
Inną zaletą tego rodzaju konstrukcji jest łatwość uruchamiania i testowania urządzenia. Jeśli nasz układ RF nie działa poprawnie, to z łatwością możemy zbadać go odpowiednią sondą z opornikiem 500?, dostosowaną do sygnałów RF( np. Tektronix P6056). Tak długo, jak masa sondy dotykać będzie do masy blisko punktu, w którym mierzymy sygnał, to wszystko będzie idealnie działać. Możemy do masy sondy podłączyć pin testowy (tzw. pogo-pin, ze sprężynką) tak, by ułatwić sobie łączenie masy sondy z masą układu po prostu dotykając płytki.
Jeśli nie macie sondy tego rodzaju, to można wykonać w jej zastępstwo samodzielnie sondę z pomocą opornika 450? i kabla koncentrycznego o impedancji 50?. Pamiętajmy, że przy wtyczce podłączanej do analizatora/oscyloskopu znaleźć musi się jeszcze terminator w postaci opornika 50?.
Źródło: https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/with-the-dead-bug-method-hobbyists-can-break-through-the-highfrequency-barrier
W przypadku układów radiowych, pracujących do częstotliwości kilku megaherców, zwykła, dobrze zaprojektowana płytka drukowana w zupełności wystarczy. Kluczowym aspektem jest wylewka masy - duże pole miedzi zapewniające niskoimpedancyjny powrót prądu do zasilacza. Dzięki niej nie pojawiają się w układzie pojemności pasożytnicze, które mogłyby zakłócić działanie układów o wysokiej częstotliwości, przez co mając odpowiednią wylewkę masy na naszym PCB możemy bez problemu projektować układy pracujące przy wyższej częstotliwości.
Jeśli dopiero projektujemy układ lub prototypujemy jakieś rozwiązanie, to bardzo często robimy to na płytce stykowej. Niestety ma ona swoje ograniczenia i niespecjalnie nadaje się do testowania układów RF. Można oczywiście zamówić prototyp na dedykowanej PCB, ale jej zaprojektowanie jest czasochłonne, a sama produkcja dosyć droga i na gotowe PCB trzeba poczekać kilka dni.
Czy istnieje zatem jakaś bardziej praktyczna alternatywa dla konstruowania amatorskich układów radiowych? Okazuje się, że tak - istnieje dosyć stara technika budowania układów elektronicznych, którą przedstawimy w poniższym artykule i która doskonale nadaje się do szybkiego i łatwego budowania urządzeń RF w oparciu o kawałek laminatu. Technologia ta pozwala na prostą budowę układów radiowych, nawet takich, które pracują z częstotliwością powyżej gigaherców. Mimo swojego zamierzchłego rodowodu technologia ta nie wyklucza też stosowania elementów do montażu powierzchniowego. Wystarczy wiedzieć, jak się do tego zabrać.
Wynikowa płytka nie jest najprostszym układem w montażu ani nie prezentuje się za ładnie, ale działa i to jest w tym podejściu najważniejsze. Proces budowy zaczynamy od kawałka laminatu FR4, aczkolwiek inne rodzaje laminatu też powinny się nadać. Zamiast lutować elementy do wytrawionych ścieżek, cała płytka będzie wylewką masy, do której lutowane będą elementy, które podłączone są do masy. Pozostałe połączenia wykonywane są na tzw. "pająka". W ten oto sposób autor artykułu skonstruował opisany poniżej układ - generator grzebieniowy.
Układ tego typu generuje podstawowy ton - wąski spektralnie przebieg, wzbogacony o częstotliwości harmoniczne, w tym przypadku rozciągające się aż do 1 GHz. Jest to niezwykle przydatne urządzenie np. do konstruowania systemów mikrofalowych. Sercem generatora jest układ scalony 74HC00, w którym znajdują się cztery bramki logiczne NAND. Sygnał z 25 MHz generatora w obudowie SMD podawany jest na dwie z bramek NAND, aby otrzymać na ich wyjściach dwa przebiegi prostokątne. Są one minimalnie przesunięte w fazie między sobą, co powoduje, że po podaniu ich na trzecią z bramek NAND układ generuje bardzo wąskie impulsy, które posiadają niezwykle szerokie spektrum harmonicznych.
Aby zbudować obwód, autor podzielił warstwę miedzi na dwie części. Jeden mały obszar wzdłuż góry służy jako linia zasilania 5 V, a cała pozostała płaszczyzna miedzi tworzy wylewkę masy.
Aby odizolować masę od zasilania, wystarczy wykonać w laminacie płytkie nacięcie, tworząc granicę szyny zasilającej. Wystarczy wyciąć tylko warstwę miedzi. Autor zrobił to, nacinając równoległe linie za pomocą metalowego rysika. Następnie mocno trzymając stalową linijkę na zarysowanych liniach użył zwykłego noża do tapet, aby przeciąć całą miedzianą warstwę na całej długości linijki (wymaga to dość dużej siły, a często kilku podejść). Następnie, używając lutownicy do podgrzania miedzi pomiędzy zaznaczonymi liniami, można zdjąć ten fragment miedzi z laminatu.
Jak zamontować układ scalony na płycie, która jest w większości pojedynczą płaszczyzną bez otworów przelotowych? Wystarczy nóżki układu - pinu masy układu scalonego tak, aby dotykały powierzchni wylewki, do której je lutujemy, a pozostałe piny wyżej, by znajdowały się ponad płaszczyzną laminatu, równolegle do niego. W ten sposób układ trzyma się w miejscu. Następnie do wygiętych pinów lutujemy krótkie odcinki kabla lub wręcz nóżki innych elementów, zwłaszcza elementów dyskretnych.
W ten sposób niezwykle łatwo lutuje się elementy SMD, gdyż ich piny są lepiej dostępne niż normalnie - są odgięte do góry i bardzo łatwo przylutować do nich kabelki czy inne elementy.
Wylewka masy, czyli nasza płytka, będzie nie tylko elektryczną płaszczyzną odniesienia dla całego układu, ale także doskonałym radiatorem, z uwagi na swoją dużą powierzchnię. Jeśli mamy w układzie grzejący się element, taki jak np. liniowy stabilizator napięcia, to możemy przykręcić go bezpośrednio do PCB, pamiętając o ewentualnej konieczności zastosowania izolacji galwanicznej, jeśli pole termiczne w układzie jest połączone elektrycznie z czymś innym niż masa.
Przy odrobinie ćwiczeń w wycinaniu elementów z laminatu, w ten sam sposób możemy tworzyć bardziej wyrafinowane wzory ścieżek na płytce, na przykład punkty wspólne dla sygnałów elektrycznych. Taki obszar charakteryzuje się bardzo niską pojemnością pasożytniczą do masy. Dodatkowo, jeśli zachodzi taka potrzeba, nic nie stoi na przeszkodzie, abyśmy dodali na PCB otwory, w których obsadzać będziemy elementy w systemie.
Na zdjęciach po lewej stronie widzimy proces przygotowywania płytki i gotowy układ, według schematu zamieszczonego powyżej.
Inną zaletą tego rodzaju konstrukcji jest łatwość uruchamiania i testowania urządzenia. Jeśli nasz układ RF nie działa poprawnie, to z łatwością możemy zbadać go odpowiednią sondą z opornikiem 500?, dostosowaną do sygnałów RF( np. Tektronix P6056). Tak długo, jak masa sondy dotykać będzie do masy blisko punktu, w którym mierzymy sygnał, to wszystko będzie idealnie działać. Możemy do masy sondy podłączyć pin testowy (tzw. pogo-pin, ze sprężynką) tak, by ułatwić sobie łączenie masy sondy z masą układu po prostu dotykając płytki.
Jeśli nie macie sondy tego rodzaju, to można wykonać w jej zastępstwo samodzielnie sondę z pomocą opornika 450? i kabla koncentrycznego o impedancji 50?. Pamiętajmy, że przy wtyczce podłączanej do analizatora/oscyloskopu znaleźć musi się jeszcze terminator w postaci opornika 50?.
Źródło: https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/with-the-dead-bug-method-hobbyists-can-break-through-the-highfrequency-barrier
Fajne? Ranking DIY
