Перевод – “РадиоАлерт”
Конструкторы электронных устройств в большинстве своих проектов используют детали, представляющие собой совокупность того, что куплено нарочно для проекта, и того, что уже было под рукой. Детали под рукой – это запчасти с разборки либо часто употребительные детали, которыми вы запаслись целенаправленно. Запасать детали есть смысл, поскольку это даёт вам свободу начинать конструирование и заканчивать проекты в любое время, когда вы пожелаете. Чтобы вам не приходилось отправляться в часовую поездку за деталькой ценой в один доллар либо ждать прибытия заказа из интернет-магазина.
Детали с разборки
Разборка на запчасти – отличный вариант, если у вас тощий кошелёк либо вам нужны отдельные детали, которые нелегко отыскать в виде новых. Примерами мало распространённых, но потенциально полезных, деталей, могут служить ВЧ транзисторы, высоковольтные конденсаторы, плёночные и многослойные керамические конденсаторы, резисторы высокой мощности, потенциометры, КПЕ, кварцы и керамические резонаторы, ВЧ дроссели, тороиды, поворотные переключатели, трансформаторы (с лакированной медной проволокой) и другие. Также не проходите мимо корпусов, разъёмов, ручек и слесарных деталей. Доступные к покупке могут быть неподходящего размера либо неоправданно дороги, поэтому желательно иметь под рукой запас “вторичных” деталей.
Раздобыв старый прибор на разборку, вы можете часами просидеть за выпаиванием деталей с платы. Мой (автора текста, Питера Паркера VK3YE – прим. перев.) вам совет, не заморачивайтесь. Деталям, скорее всего, безопаснее сидеть на плате. Вместо этого я советую вытащить платы из корпусов и хранить их в картонных коробках. Если корпус и другие детали не нужны, от них можно избавиться, для экономии места. Затем, когда вам нужна деталь, вы перебираете разобранные платы и выпаиваете то, что нужно.
Создание запаса новых деталей
Некоторые типы и номиналы компонентов применяются в электронных изделиях снова и снова. Другие типы и номиналы используются редко. Если вы хотите сделать запас деталей, вам желательно побольше часто применяющихся и поменьше редко применяющихся. Иначе вы рискуете потратить деньги на детали, которые лягут у вас мёртвым грузом.
Ниже перечислены электронные компоненты, которые радиолюбители используют в электронных самоделках и упомянуты те, что заслуживают включения в запас. Стоит отметить, что все делают разные приборы и то, что обычно для меня (мои самоделки в основном принадлежат к радиооборудованию) будет в диковинку для конструктора, к примеру, роботов.
Резисторы (фиксированного номинала)
Резисторы, то есть сопротивления, ограничивают ток в схеме. Распространённые применения включают запитывание светодиодов от более высокого напряжения, смещение транзисторов, деление напряжения в схемах операционных усилителей, регулировка усиления в ступенях усилителей, установка частоты гетеродинов и фильтров, ослабление по НЧ и по ВЧ.
Практически любое электронное устройство, которое вы сделаете, будет включать в себя много резисторов. Хорошо в этом то, что они недороги и обычно продаются в оптовых наборах. Номиналы варьируются от значений меньше 1 Ома до 10 мега-Ом. Наиболее употребительные номиналы в электронных схемах – это 10, 22, 47, 100, 220, 470, 1k, 2.2k, 4.7k, 10k, 22k, 47k, 100k, 220k, 470k and 1M Ом. Однако встречаются и промежуточные значения, например, такие номиналы, как 15/150/1.5k/15k/150k, 33/330/3.3k/33k/330k, 56/560/5.6k/56k/560k, 68/680/6.8k/68k/680k и 82/820/8.2k/82k/820k. Если у вас нет определённого номинала, вы можете соединить два резистора одного номинала параллельно, чтобы поделить его пополам, или последовательно, чтобы удвоить его.
Бывают случаи, когда вам нужно много резисторов одного номинала. Например, если вы много возитесь со светодиодами, вы используете много резисторов номиналом примерно от 220 до 1200 Ом, чтобы обеспечить нужный ток от вашей шины питания 5-15 Вольт. Также, усилители на микросхеме LM386 требуют много резисторов номиналом 10 Ом. Если в вашей конструкции есть нечто подобное, подумайте о приобретении наборов резисторов одного номинала тех типов, которые вам чаще всего нужны.
Резисторы соответствуют номиналу чаще всего с отклонением в пределах 5-1%. Во многих случаях даже разница в 20% серьёзно на работу схемы не влияет. Так что если для вашей конструкции у вас нет резистора нужного номинала, попробуйте ближайший имеющийся, и он, скорее всего, подойдёт. Самые распространённые резисторы соответствуют мощности 1/4 Ватта, или ⅛ Ватта, что вполне подходит для конструкций на транзисторах небольшой мощности и конструкций на микросхемах. Резисторы более мощные соответствуют 1 Ватту, 5 Ваттам, и выше. Говоря в общем, чем крупнее резистор физически, тем больший ток он выдерживает. Более дешёвые резисторы выполнены из углеродной плёнки, что подходит для большинства хоббийных применений. Резисторы с металлической плёнкой лучше подходят для более критичных применений. Мощные резисторы часто проволочные.
Конденсаторы (фиксированного номинала)
Конденсаторы хранят электрический заряд. Распространённые применения включают фильтрование источника питания, сопряжение сигнала между ступенями, изоляцию частей схемы друг от друга (для предотвращения нежелательного взаимодействия или обратной связи), синхронизацию, фильтрацию по ВЧ и по НЧ, и как часть частотозадающего элемента в генераторах частот.
Также, подобно резисторам, конденсаторы встречаются почти в каждой электронной схеме. Но, в отличие от резисторов, существует огромное разнообразие типов и номиналов конденсаторов. В целом, существует более широкий выбор номиналов конденсаторов, чем вы сможете использовать, за исключением критических случаев применений для синхронизации или фильтрации. Например, если в схеме показан шунтирующий конденсатор номиналом 100 нФ (или 0,1 мкФ), то сгодится хоть 47, хоть 220 пФ.
Есть несколько основных типов конденсаторов. Дисковые керамические имеют номиналы начиная с очень малых (например, 1 пФ) и до значений в сто тысяч раз больше (или 100 нанофарад, или 0,1 мкф). Они дёшевы и хорошо подходят для аудио и радиочастотных схем. Конденсаторы с диэлектриком NPO особенно предпочтительны для радио-применений, поскольку их значение не изменяется вместе с температурой элемента (эффект, известный как температурный коэффициент, или “уплывание”). Если вам нужны хорошие конденсаторы общего назначения, то дисковые керамические – хороший выбор. Если вы хотите знать, как они выглядят, сходите в местный универмаг и найдите там лоток с чечевицей. Дисковые керамические конденсаторы такие же по размеру и цвету, и отличить их можно только по торчащим наружу проводкам. Обычно они соответствуют напряжению от 50 до 100 Вольт, что делает их вполне подходящими для схем малой мощности с транзисторами и интегрированными микросхемами, хотя есть и высоковольтные (обычно окрашенные в синий цвет).
Ещё один тип конденсаторов среднего номинала – изделия с полимерной плёнкой, обычно зелёного цвета. Типичные номиналы лежат в пределах от 1 нанофарад (1000 пикофарад или 0,001 микрофарад) до примерно 1 микрофарад. Они немного крупнее, чем дисковые керамические. Когда вы обретёте немного опыта, вы сможете называть их номинал по их внешнему виду, поскольку чем они крупнее, тем выше их номинал. Распространённое соответствие по напряжению – от 50 до 100 Вольт, но отдельные виды подходят для более высоких напряжений, такие могут быть использованы для сетевого электрооборудования или более высоковольтных устройств.
Конденсаторы более высокого номинала бывают двух типов. Это танталовые и электролитические. Они разные по звучанию, когда взрываются (ну, когда подводится избыточное напряжение). Также электролитические конденсаторы выпускают при этом больше вонючего дыма, чем можно представить, глядя на эти металлические бочонки. Оба типа начинаются от 0,47 микрофарад и достигают номиналов десятков и сотен микрофарад. В случае с электролитическими – 10 000 микрофарад и более. Распространённые применения включают фильтрование источников питания, а также шунтирование и сопряжение в аудиоусилителях. Таким схемам не требуется безукоризненная точность номинала, можно уполовинить или удвоить указанное значение и не заметить разницы. Напряжение нужно строго соблюдать с небольшим запасом, для безопасности. Например, плохой инженерный подход – ставить конденсаторы с заявленным напряжением 16 Вольт в 12-вольтовые конструкции, вместо это следует выбрать детали с заявленным напряжением 25, 35 или 50 Вольт.
Конденсаторы, с которыми вы вряд ли столкнётесь, если только вы не связаны с раритетной электроникой, это слюдяные, слюдяные с серебряными обкладками, и полистирольные. Они редко встречаются. Однако, они хорошо подходят для деликатных радиочастотных применений – вместо дисковых керамических. Они, как правило, выполняются в небольших номиналах (10-1000 пикофарад) и могут соответствовать более высоким значениям вольтажа, для использования в мощных ВЧ приборах.
Каков наиболее часто встречающийся номинал конденсаторов в радио-конструкциях? Без сомнения, это 100 нанофарад, или 0,1 микрофарад. Их миллионами используют для шунтирования и сопряжения. Обычно нужен один такой конденсатор на выходе питания цифровой микросхемы (обычно восьмой выход для 8-ногих, выход 14 для 14-ногих, выход 16 для 16-ногих) на землю. Это обеспечивает чистое от помех питание и устраняет распространение шума по линиям питания. Это также частое значение для многих схем ВЧ-генераторов и усилителей. Если вы купите набор с разными значениями, вероятно, 0,1-микрофарадовые у вас кончатся раньше всех, если вы только не купите их отдельно.
Простые аудиоусилители на транзисторах и микросхемах часто используют конденсаторы номиналом 10 микрофарад и 100 микрофарад (как танталовые, так и электролитические), так что вам их много понадобится. Схемы операционных усилителей часто включают более низкие номиналы (как керамические, так и “зелёные”), такие, как 2,2, 4,7, 10, 22, 47 или 100 нанофарад. Радиочастотные схемы могут использовать конденсаторы номиналом 10 нанофарад для шунтирования и от 1 пикофарад до 10 нанофарад для фильтрования, подстройки и сопряжения.
Диоды
Диоды (или выпрямители) проводят ток только в одном направлении. Применения включают преобразование переменного тока в постоянный, смешение и детектирование радиосигналов, защиту от переполюсовки, понижения напряжения, и так далее. В целом, чем крупнее диод, тем больший ток он выдерживает.
Наиболее распространённый тип – обычные маленькие кремниевые диоды (например, 1N914 или 1N9148). Каждому конструктору электроники нужна пачка таких. Более мощные кремниевые диоды (например, серии 1N4000) выдерживают более высокий ток, чем 1N4148, и подходят для силовых применений. Также для силовых применений полезны “мостовые выпрямители”, представляющие собой четыре диода в одном корпусе. Диоды Зенера, сертифицированные для напряжений от 3,3 Вольт до 30 Вольт и больше, в сочетании с подходящим резистором могут регулировать напряжение в слаботочных схемах. Регулировка напряжения важная для чувствительной схемотехники, чья эффективность нежелательно меняется, когда меняется напряжение. Светоизлучающие диоды, наверное, самый известный вид диодов, с функциями освещения, отображения и индикации. В отличие от ламп накаливания, они чувствительны к току и должны быть смонтированы последовательно с подходящим ограничивающим ток резистором, соответствующим используемому напряжению.
Существуют менее известные диоды, германиевые и варакторные. Оба вида в основном используются в радио-конструкциях. Германиевые диоды более чувствительны, чем кремниевые, поэтому широко используются в конструкциях со слабыми сигналами, таких, как детекторные приёмники, АМ-приёмники и ВЧ-датчики. Варакторные диоды меняют ёмкость, когда изменяется приложенное к ним напряжение постоянного тока. Это делает их пригодными для генераторов переменной частоты, ЧМ модуляторов и умножителей частот. Все диоды демонстрируют данный эффект, но варакторные лучше приспособлены для такого применения.
Транзисторы
Транзисторы – костяк электронных схем на дискретных компонентах. Они осуществляют широкое разнообразие функций – усиление, генерацию, и переключение. Наиболее распространённые биполярные транзисторы выполнены по схеме n-p-n, в которых коллектор более позитивен, чем база, которая более позитивна, чем эмиттер. Транзисторы по схеме p-n-p похожи, за тем исключением, что полярность обратная. Некоторым схемам (в первую очередь аудиоусилителям) требуются оба вида. Есть много разных видов, но самые распространённые – 2N3904, BC548 или 2N2222 (n-p-n), а также 2N3906 или BC558 (p-n-p), они подойдут в простые схемы для начинающих. Для несколько более мощных конструкций подойдут BD139 (n-p-n) или BD140 (p-n-p), даже примерно до 10 МГц.
Полевые транзисторы имеют другие выводы (затвор, исток, сток). Они менее распространены, чем биполярные, но применяются для усиления и переключений. В более мощных конструкциях применяется вариант MOSFET.
Слабосигнальные транзисторы обычно выполняются в чёрном пластиковом корпусе, имеющем форму срезанного цилиндра, который называется TO-92. Более мощные транзисторы выполняются в корпусах TO-5, TO-3 или TO-220. Они металлические и могут прикрепляться к радиатору, чтобы рассеивать выделяющееся тепло.
Микросхемы
Микросхемы произвели переворот в электронике и облегчили конструирование. Среди часто используемых – 741й операционный усилитель (и более новые малошумящие аналоги), 555й таймер и регуляторы напряжения серии LM. Простые логические микросхемы обычно содержат под одним корпусом триггеры “и”, “или”, “и/не” и “или/не”.
В число других распространённых типов входят инвертеры, триггеры, счётчики, делители, генераторы, ФАПЧ и другие. Не так давно произошёл подъём программируемой электроники, основанной на PIC и микроконтроллерах.
Комплектующие для Ардуино
Новички в ардуиностроении обычно выбирают беспаечную макетную плату. Сам контроллер представляет собой микросхему, размещённую на плате с запаянным регулятором напряжения, кварцем, диодами, разъёмами и пр. Платы расширения вставляются в разъёмы для обеспечения дополнительной функциональности. Но если вы создаёте свою конструкцию на ардуино с нуля, вам может потребоваться другой конструктивный подход. Или вы предпочтёте оставить свою ардуину незапаянной для использования в других прототипах. К счастью, нужные для этого детали легко доступны.
Платы
Большинство самодельщиков предпочитают выполнять свои конструкции на платах того или иного вида. Беспаечные макетные платы хороши для прототипирования, особенно для некритичных схем с микросхемами, работающих с постоянным током и аудиочастотами. Добившись от прототипа удовлетворительной работы, вы захотите перенести его на более постоянную основу, с участием паяльника. Варианты могут быть – матричная макетная плата, макетная плата с полосками, или печатная плата. Я склоняюсь к матричным платам (без полосок) для несложных конструкций с транзисторами и микросхемами. Либо же вы можете взять макетную плату с полосками и и электроинструментом удалить нежелательные соединения. Для радиочастотных конструкций я предпочитаю метод исполнения “дохлый жук” на основе из нетронутого фольгированного текстолита, чтобы нейтрализовать паразитную ёмкость.
Конденсаторы переменной ёмкости
Конденсаторы переменной ёмкости востребованы во множестве радио-схем. Они часто занимают место элемента настройки в простых приёмниках и передатчиках с кварцевыми генераторами. Переменные конденсаторы могут применяться в преселекторах или диапазонных фильтрах. В сочетании с катушками они осуществляют трансформацию импеданса, в антенных согласующих устройствах.
В самых лучших переменных конденсаторах пластины отделены друг от друга воздухом. Такое решение обеспечивает наиболее стабильный номинал и позволяет выдержать более высокое напряжение. Более дешёвые и компактные используют пластиковый диэлектрик. Стабильность и стойкость по напряжению ниже, но они вполне подходят для множества самоделок, таких, как генераторы и маломощные согласующие устройства.
Существуют также подстроечные конденсаторы, они нужны, когда подстройка происходит только время от времени. Например, диапазонные фильтры в трансиверах или подведение генератора на точную частоту. Они выпускаются с воздушным и пластиковым диэлектриком. Те, у которых только пол-оборота от максимума до минимума, обычно имеют небольшой диапазон перестройки (например, от 10 до 100 пикофарад). Многооборотные же выполняются с более высоким максимальным значением.
Если вы используете переменный конденсатор для основной настройки приёмника на частоту, то очень трудно точно попасть на нужную частоту, поскольку поворот оси очень сильно её изменяет. Чтобы это поправить, необходима какая-либо форма понижения скорости вращения между ручкой настройки и самим конденсатором. Хоть и недешёвый, верньерный механизм – очень полезен для облегчения настройки. Понижение скорости перестройки особенно важно при работе в режимах SSB и CW.
Индуктивности
Индуктивности (или катушки) – ещё один компонент, широко используемый в конструкциях. В соединении с конденсаторами они могут выступать в роли фильтров, подавляющих определённые частоты. В зависимости от способа подключения, они могут выполнять следующие функции:
– пропускать сигналы определённых частот (диапазонный фильтр)
– задерживать сигналы определённой частоты (режекторный, или нотч-фильтр)
– пропускать сигналы ниже определённой частоты
– пропускать сигналы выше определённой частоты
Это очень полезно для повышения избирательности приёмников или улучшения чистоты излучения передатчиков.
Отдельный тип индуктивности, обычно выполняемый из трёх отдельных отрезков провода, скрученных вместе, может пропускать очень широкую полосу частот, но выполнять роль трансформатора, чтобы повышать или понижать импеданс. Это нужно для обеспечения эффективной передачи мощности между ступенями передатчика или между выходным каскадом усилителя и антенной. Другое антенное применение – это балун, позволяющий сбалансированной антенне (диполю или петлевой) подключаться к несбалансированной линии питания, коаксиальному кабелю, без риска, что кабель будет излучать.
В то время, как одна из функций конденсаторов (обсуждавшихся выше) заключается в том, чтобы закорачивать нежелательные радиочастоты на землю, одно из предназначений индуктивностей как раз заключается в том, чтобы радиочастоты не были закорочены на землю (поскольку это нарушит функциональность, например, ВЧ усилителя). Проявление такой функциональности можно видеть на схемах, где индуктивность помечена как “ВЧ дроссель” (фактически индуктивность большого номинала).
Индуктивности реже используются вне радио-схем, но одно очень полезное применение всё же находят – ослабление нежелательного фона переменного тока через разные части конструкции или от блока питания. Это особенно важно в чувствительной аппаратуре, такой, как аудиоусилители, склонные к обратной связи и гулу.
Индуктивности накручиваются на неметаллических цилиндрах или (чаще) на кольцах. Вы можете купить их в готовом виде (особенно ВЧ-дроссели, чей точный номинал обычно не очень важен) или купить детали, чтоб накрутить самостоятельно. В последнем случае нужны кольца и подходящие провода (обычно с эмалевым покрытием) толщиной в пределах 0,1 и 1 мм. Провод можно смотать из старых трансформаторов или купить новый.
Наиболее распространённые типы колец – ферритовые (тёмно-серого цвета), чаще используемые для балунов и трансформаторов, и порошковые (чаще всего красные и зелёные), применяемые в ВЧ схемах и фильтрах. Более крупные кольца нужны, если вам нужно уместить на них много витков провода (для высоких номиналов) или обработать высокую ВЧ мощность.
Кольца имеют маркировку, определяющую их размер и вид материала. Например, FT50-43 – ферритовое кольцо, 0,5 дюйма (13 мм) в диаметре из ферритового материала тип 43. FT37-43 – похожее, но чуть меньше (0,37 дюйма, или 10 мм) в диаметре. Для радиочастотных схем тип 2 и тип 6 наиболее распространён для порошковых колец, используемых в подстраиваемых схемах и фильтрах. Кольца типа 2 красные и лучше подходят для нижних и средних КВ частот. Кольца типа 6 могут использоваться для верхнего КВ и нижнего УКВ, и их легко узнать по их жёлтому цвету. Кодировка соответствует – T50-2 является красным кольцом диаметром полдюйма из материала тип 2, а T200-2 – двухдюймовым (51 мм). T37-6 – жёлтое кольцо диаметром 0,37 дюйма из материала тип 6.
С сайта Питера Паркера VK3YE – ссылка.
Дополнение от переводчика: кроме перечисленного, для завершения конструкции и доведения её до рабочего состояния полезно обзавестись нижеуказанными компонентами.
Питание
Под этот заголовок напрашивается всё – элементы на корпусе, внутренняя начинка, выносные блоки питания и пр.:
– стабилизаторы L7805, L7809, L7812
– разъёмы и штекеры
– тумблеры
– трансформаторы
– составные блоки питания в сборе
– предохранители (от 1 ампера до 4-х)
– коробочки под батарейки/аккумуляторы
Внешние разъёмы
Для всех подключений, выводимых на корпус:
– питание – упомянуто выше
– антенные разъёмы (и ответные разъёмы, чтобы на них делать антенны и линии питания)
– тангенты, спикермикрофоны, манипуляторы, телеграфные ключи, педали
– наушники
Также к внешним деталям напрашиваются:
– ручки настройки и переключения
– кнопки
– ферритовые защёлки
Внутренние разъёмы
Парные “пины”, pin’s – штырьки с комплектными фишечками. Чтобы подключать то, что выносится с платы наружу – органы регулировок, индикаторы и т.д. С ними гораздо удобнее обихаживать плату, а затем совмещать её с корпусом.