Микросхемотехника

В.М.Елькин, школа № 5, г. Слободской, Кировская обл.

Еще несколько лет назад различные электронные устройства собирали из отдельных элементов – электронных ламп, реле, трансформаторов, резисторов, конденсаторов, – долго и ненадежно, да и размеры аппаратуры получались весьма внушительными. Например, электронная вычислительная машина (ЭВМ) первого поколения содержала около 10 000 электронных ламп и, хотя срок службы каждой лампы составлял 2000 ч, работала с постоянными сбоями, каждые 6 мин одна из ламп выходила из строя. К тому же эта аппаратура занимала площадь огромного цеха и потребляла столько же электроэнергии, сколько небольшой завод.

На смену электронным лампам пришел более долговечный транзистор. Электронные вычислительные машины (теперь уже второго поколения) заметно «похудели» и стали работать без остановки 5–6 дней, хотя срок службы транзисторов – миллионы часов. Такая ненадежность ЭВМ объяснялась недостаточно высоким качеством паяных соединений. Миллионы таких соединений в блоках ЭВМ стали главной причиной отказов.

Перед конструкторами встали две задачи: как увеличить надежность ЭВМ и уменьшить ее объем. Решить их, создать высоконадежные, миниатюрные и экономичные устройства позволила микроэлектроника – новое направление электроники. Теперь отдельные детали, соединяемые друг с другом проводами, заменили микросхемы: на маленьком полупроводниковом кристалле размером несколько квадратных миллиметров (его еще часто называют чипом, от англ. chip, что означает чешуйка) размещают тончайший «узор» микроячеек. Каждая микроячейка представляет собой законченную радиоэлектронную схему, состоящую из множества элементов, – транзисторов, резисторов, конденсаторов и, конечно, межсоединений.

По своему назначению микросхемы подразделяются на аналоговые и логические (цифровые). Аналоговые используются для усиления, генерирования, преобразования электрических колебаний, например, в приемниках, магнитофонах, телевизорах. Логические же микросхемы предназначены для электронных вычислительных машин, устройств автоматики и связи, современной аудио- и видеотехники, одним словом, для всех приборов и устройств с цифровым преобразованием данных.

Существует много видов и типов микросхем, но мы познакомимся с наиболее популярной у начинающих радиоконструкторов микросхемой К155ЛАЗ. Она самая дешевая, продается практически в любом магазине радиотоваров, широко используется в отечественной электронике и стабильна в работе.

Изготовим монтажную плату

Самое интересное в творчестве конструктора, изобретателя, инженера – это, пожалуй, эксперименты – поиск наилучшего технического решения того или иного устройства и его налаживание. А для налаживания необходима монтажная плата, на которой можно надежно закрепить микросхему и другие радиодетали. Поэкспериментировали, убедились, что все хорошо и надежно работает, осмыслили работу устройства в целом – схему можно разобрать, монтажная плата готова для сборки другого устройства. Так, шаг за шагом, можно постигать электронику.

Для изготовления первой монтажной платы необходима небольшая пластинка гетинакса или текстолита и микросхема К155ЛАЗ, а также бумага в клетку, ножницы, низковольтный паяльник (один на двух учеников), медные проводники, пассатижи, лобзик (один на всю группу), напильник, мелкая наждачная бумага, олово, канифоль, клей и дрель (одна на группу).

Ход работы

1. Рассмотрите внимательно чертеж монтажной платы.

2. Перенесите его на бумагу в клетку. Плата имеет размеры 5 x 4 см.

3. Наметьте места будущих отверстий согласно чертежу.

4. Ножницами вырежьте чертеж.

5. Используя клей (лучше резиновый), приклейте чертеж к гетинаксовой пластинке (плате) толщиной 0,5–1,0 мм.

6. Лобзиком или ножовкой по металлу вырежьте плату.

7. Аккуратно обточите напильником края.

8. Просверлите отверстия диаметром 1,0–1,5 мм точно по чертежу (можно проколоть шилом). Обратите внимание: все точки находятся на пересечении клеток или на их сторонах (изображены в виде кружочков).

9. После того как все отверстия просверлены, сорвите с гетинакса чертеж платы, он больше не нужен. Почистите мелкой шкуркой поверхность платы, т.е. снимите все неровности у краев отверстий.

10. Из медного провода диаметром 0,6–0,8 мм, предварительно облуженного, нарежьте кусочки длиной 15 мм и согните их скобочками в виде буквы П (все стороны должны быть равны 5 мм).

11. Вставьте 18 П-образных скобок в отверстия платы (все с одной стороны), а с обратной загните их и с помощью пассатижей прижмите плотно к плате.

12. Включите паяльник, разогрейте его. Жало паяльника погрузите вначале в канифоль, а затем возьмите немного олова на кончик и облудите скобки с обеих сторон. Старайтесь, чтобы олово ложилось ровно, тонким слоем. Места пайки должны быть красивыми.

13. В отверстия, предназначенные для микросхемы, вставьте микросхему. Обратите внимание на метку у одного из крайних выводов микросхемы – она обозначает первую ножку микросхемы (первый вывод микросхемы).

14. Используя тонкий многожильный провод, сделайте распайку микросхемы по чертежу. Постарайтесь сделать это быстро – микросхему перегревать нельзя. Выводы проводков укоротите. Делайте все аккуратно, не получается с первого раза – не беда, потренируйтесь, искусству паять тоже нужно учиться.

15. Ручкой или мягким карандашом нанесите нумерацию выводов.

Вот плата и готова. Посмотрите на нее внимательно, уберите лишние подтеки олова, проверьте с помощью пинцета или кусачек, все ли проводки хорошо и прочно припаяны.

Изготовим пробник

Пробник – простейший прибор, с помощью которого можно проверить работу микросхемы, пронаблюдать за прохождением сигнала. В то же время пробник должен быть универсальным, легко подключаться к любой ножке микросхемы или к любой ее точке, не внося никаких изменений в работу. Поэтому изготовим его в виде блока-модуля – маленькой коробочки, в которую поместим светодиод и резистор. Согласитесь, это очень удобно. Каждый раз выпаивать или перепаивать светодиод неудобно, да и делать это не стоит, чтобы не отломить выводы.

Внимание! Включать светодиод без резистора нельзя, он сгорает даже при кратковременном подключении к батарейке или другому источнику питания!

Для изготовления пробника необходимы: светодиод (любого типа, например АЛ307БМ), резистор (330 Ом), кусочки пластмассы (оргстекла), клей, ножовка по металлу (лобзик), напильник, низковольтный паяльник, олово, канифоль, гвоздь, две канцелярские скрепки, дрель.

Ход работы

1. Выпилите детали модуля.

2. Лицевую сторону изготовьте из пластмассы или оргстекла толщиной 1 мм. Размеры задней крышки точно такие же. Затем из кусочков оргстекла выпилите боковые стенки размерами 50 x 10 x 2 мм и 45 x 10 x 2 мм.

3. Клеем «Момент» аккуратно склейте коробочку пробника (без задней крышки).

4. На лицевой стороне пробника просверлите четыре отверстия: три отверстия диаметром 6 мм и одно – под светодиод.

5. Буквально каплей клея зафиксируйте светодиод так, чтобы выводы его оставались внутри модуля, а верхняя светящаяся часть немного выставлялась наружу.

6. Изготовьте контакты пробника. Их надо сделать такими (например, в виде пружинки), чтобы пробник можно было легко подключать и отключать. Для этих целей подойдет стальная проволочка диаметром 0,4 мм, в крайнем случае, канцелярская скрепка. Зажмите кончик проволочки в пассатижи и намотайте ее виток к витку на гвоздь диаметром 5 мм. Полученную пружинку снимите с гвоздя, откусите лишнее – длина пружинки должна быть 8–10 мм.

7. Пружинку вкрутите в отверстие модуля. Для того чтобы она держалась прочно, в отверстии нарежьте резьбу М6. С лицевой стороны модуля пружинка должна выставляться на 5–6 мм.

8. Выполните внутренние работы: аккуратно к выводу «+» светодиода припаяйте резистор сопротивлением 330 Ом, а к другому выводу – многожильный медный провод.

9. Подключите вывод резистора к «+» батарейки на 4,5 В (или источника питания напряжением 5 В), а многожильный провод – к «–». Светодиод должен гореть. Если он не горит, поменяйте местами полюсы источника. Вывод, который соединен с «+» источника, подключите к контакту «Вход» модуля изнутри. Второй вывод подключите (тоже изнутри) к контакту «–».

10. Приклейте заднюю крышку модуля.

11. С помощью напильника обточите детали модуля, снимите лишний клей, закруглите края.

12. Ручкой или мягким карандашом нанесите на лицевую сторону модуля обозначения «+», «–» и «Вход».

13. Подключите к клеммам-пружинкам два длинных многожильных провода. Эти провода в дальнейшем подключаются к проверяемой электрической схеме или к выводам микросхемы.