Реализация приставки, для записи телефонных разговоров

- фольгированный гетинакс;

- фольгированный текстолит.

В качестве материала для изготовления печатной платы разрабатываемого устройства используется фольгированный гетинакс, который обладает высокой механической прочностью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами и низким влагопоглощением. Конструкция печатной платы делается односторонней.

 

 

2.5 Разработка схемы электрической  принципиальной на проектируемое устройство

 

 

 

При разработке электрической принципиальной схемы устройства необходимо как  и каким образом данное устройство будет работать, то какие функциональные блоки в нем нужно использовать, какая для этого требуется  элементная база, а также знать как будет проходить сигнал через схему устройства. Электрическая принципиальная схема разрабатываемого устройства представлена на листе графики 3.

С телефонной линии подается сигнал на вход устройства порядка 60 вольт, где  он при помощи резисторов R1 и R2 понижается до 50 вольт, попадая на диодный мост. В качестве диодного моста используется диодная сборка КЦ 407. Выпрямленное напряжение имеет нежелательные пульсации, которые создают наличие помех в работе устройства. Чтобы сгладить эти пульсации, выпрямленный сигнал проходит через микромощный стабилизатор напряжения, выполненный на четырех транзисторах КТ315 с любым буквенным индексом, диоде КД243 и резисторе с сопротивлением 3 мегаома. В этот момент транзистор VT1(КП501) закрыт, а усилитель звуковой частоты и обесточен. К тому же в этот момент ток от батареи не будет потребляться. Транзистор VT1 служит для подачи сигнала на усилитель звуковой частоты в тот момент когда будет поднята трубка телефонного аппарата, ток потребления будет порядка 2 миллиампер.

Также схема оснащается несложной  системой регулировки усиления на транзисторе  КТ3102, диодах Д20 резисторах с сопротивлением 1 килоом, 68 ом, 2 килоома, 33 килоома и  конденсаторах емкостью по 0,15 микрофарад.

Усилитель звуковой частоты в схеме устройства строится на транзисторах КТ3107, ГТ402, ГТ404, диоде Д20, конденсаторе емкостью 100 микрофарад с допустимым напряжением 10 вольт. Транзисторы могут быть с любыми буквенными индексами.

В схеме устройства необходимо наличие  гальванической развязки, для нормальной работы устройства. Гальваническая развязка выполняется на основе трансформатора из магнитопровода Ш 5x6. В трансформаторе делается 2 обмотки: первичная – 1000 витков провода ПЭВ – 1, диаметром 0,1 миллиметра и вторичная – 400 витков того же провода. Между обмотками проложено 8 слоев тонкой лавсановой пленки, скрепленной двумя слоями липкой ленты.

Подбирая сопротивление резистора  R11 можно в небольших пределах регулировать чувствительность усилителя звуковой частоты. Соединять устройство со входом аудио карты рекомендуется при помощи экранированного провода.

 

 

2.5.1Этапы изготовления печатных  плат

 

 

 

Печатная плата является неотъемлемой частью разрабатываемого устройства, так как на ней монтируются  все детали с целью их правильного  и удобного соединения в электрическую схему.

Сегодня благодаря развитию современной  техники есть возможность быстро и качественно изготавливать  печатные платы без применения, какого – либо дорогостоящего оборудования. Из всего множества существующих технологий были выбраны только те, которые не требуют значительных материальных затрат и достаточно просты в осуществлении. Собственно, весь процесс изготовления печатной платы можно условно разделить на пять основных этапов:

- предварительная подготовка заготовки (очистка поверхности, обезжиривание);

- нанесение тем или иным способом  защитного покрытия;

- удаление лишней меди с поверхности  платы (травление);

- очистка заготовки от защитного  покрытия;

- сверловка отверстий, покрытие  платы флюсом, лужение.

В данном случае рассматривается только наиболее распространенная “классическая” технология, при которой лишние участки меди с поверхности платы удаляются путем химического травления. Помимо этого, возможно, например, удаление меди путем фрезерования или с использованием электроискровой установки. Однако эти способы не получили широкого распространения ни в радиолюбительской среде, ни в промышленности (хотя изготовление плат фрезерованием иногда применяется в тех случаях, когда необходимо очень быстро изготовить несложные печатные платы в единичных количествах).

При изготовлении печатных плат следует  стремиться при разработке схемы  использовать как можно больше компонентов  для поверхностного монтажа, что  в некоторых случаях позволяет  развести практически всю схему на одной стороне платы. Связано это с тем, что до сих пор не изобретено никакой реально осуществимой несложной технологии металлизации переходных отверстий.

Поэтому в случае, если разводку платы  не удается выполнить на одной  стороне, следует выполнять разводку на второй стороне с использованием в качестве межслойных переходов выводов различных компонентов, установленных на плате, которые в этом случае придется пропаивать с двух сторон платы.

Конечно, существуют различные способы  замены металлизации отверстий (использование тонкого проводника, вставленного в отверстие и припаянного к дорожкам с обеих сторон платы; использование специальных пистонов), однако все они имеют существенные недостатки и неудобны в использовании. В идеальном случае плата должна разводиться только на одной стороне с использованием минимального количества перемычек. Далее подробно будут рассмотрены основные этапы изготовления печатных плат.

 

 

 

2.5.2 Предварительная подготовка  заготовки 

 

 

 

Данный этап является начальным  и заключается в подготовке поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за продолжительный промежуток времени технология очистки поверхности не претерпела сколько – нибудь значительных изменений. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием различных абразивных средств и последующему обезжириванию.

Для удаления сильных загрязнений  можно использовать мелкозернистую наждачную бумагу (“нулевку”), мелкодисперсный  абразивный порошок или любое  другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубоких царапин. Иногда можно просто вымыть поверхность печатной платы жесткой мочалкой для мытья посуды с моющим средством или порошком (для этих целей удобно использовать абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на войлок с мелкими вкраплениями, какого – то вещества; часто такая мочалка бывает наклеена на кусок поролона).

Кроме того, при достаточно чистой поверхности печатной платы можно  вообще пропустить этап абразивной обработки  и сразу перейти к обезжириванию.

В случае наличия на печатной плате  только толстой оксидной пленки ее можно легко удалить путем  обработки печатной платы в течение 3 – 5 секунд раствором хлорного железа с последующим промыванием в  холодной проточной воде. Следует, однако, отметить, что желательно либо производить данную операцию непосредственно перед нанесением защитного покрытия, либо после ее проведения хранить заготовку в темном месте, поскольку на свету медь быстро окисляется.

Заключительный этап подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого можно использовать кусочек мягкой ткани, не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. Здесь следует обратить внимание на чистоту поверхности платы после обезжиривания, поскольку в последнее время стали попадаться ацетон и спирт со значительным количеством примесей, которые оставляют на плате после высыхания беловатые разводы. Если это так, то стоит поискать другой обезжиривающий состав. После обезжиривания плату следует промыть в проточной холодной воде. Качество очистки можно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

 

2.5.3 Нанесение защитного покрытия 

 

 

 

Нанесение защитного покрытия является самым важным этапом в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется качество изготовленной платы. В настоящее время наиболее популярными являются три способа нанесения защитного покрытия. Способы нанесения защитного покрытия будут рассмотрены в порядке возрастания качества получаемых при их использовании плат.

Ручное нанесение защитного покрытия. При этом способе чертеж печатной платы переносится на стеклотекстолит вручную при помощи какого – либо пишущего приспособления. В последнее время в продаже появилось множество маркеров, краситель которых не смывается водой и дает достаточно прочный защитный слой. Кроме того, для ручного рисования можно использовать рейсфедер или какое-либо другое приспособление, заправленное красителем. Так, например, удобно использовать для рисования шприц с тонкой иглой (лучше всего для этих целей подходят инсулиновые шприцы с диаметром иглы 0,3-0,6 мм), обрезанной до длины 5 – 8 мм. При этом шток в шприц вставлять не следует – краситель должен поступать свободно под действием капиллярного эффекта. Также вместо шприца можно использовать тонкую стеклянную или пластмассовую трубку, вытянутую над огнем для достижения нужного диаметра. Особое внимание следует обратить на качество обработки края трубки или иглы: при рисовании они не должны царапать плату, в противном случае можно повредить уже закрашенные участки. В качестве красителя при работе с такими приспособлениями можно использовать разбавленный растворителем битумный или какой-либо другой лак, цапонлак или даже раствор канифоли в спирте. При этом необходимо подобрать консистенцию красителя таким образом, чтобы он свободно поступал при рисовании, но в то же время не вытекал и не образовывал капель на конце иглы или трубки. Стоит отметить, что ручной процесс нанесения защитного покрытия достаточно трудоемок и годится только в тех случаях, когда необходимо очень быстро изготовить небольшую плату. Минимальная ширина дорожки, которой можно добиться при рисовании вручную, составляет порядка 0,5 мм.

Использование “технологии лазерного  принтера и утюга”. Данная технология появилась сравнительно недавно, однако сразу получила широчайшее распространение в силу своей простоты и высокого качества получаемых плат. Основу технологии составляет перенос тонера (порошка, используемого при печати в лазерных принтерах) с какой-либо подложки на печатную плату. При этом возможны два варианта: либо используемая подложка отделяется от платы перед травлением, либо, если в качестве подложки используется алюминиевая фольга, она стравливается вместе с медью. Первый этап использования данной технологии заключается в печати зеркального изображения рисунка печатной платы на подложке. Параметры печати принтера при этом должны быть установлены на максимальное качество печати (поскольку в этом случае происходит нанесение слоя тонера наибольшей толщины). В качестве подложки можно использовать тонкую мелованную бумагу (обложки от различных журналов), бумагу для факсов, алюминиевую фольгу, пленку для лазерных принтеров, основу от самоклеящейся пленки Oracal или какие-нибудь другие материалы. При использовании слишком тонкой бумаги или фольги может потребоваться приклеить их по периметру на лист плотной бумаги. В идеальном случае принтер должен иметь тракт для прохождения бумаги без перегибов, что предотвращает смятие подобного бутерброда внутри принтера. Большое значение это имеет и при печати на фольге или основе от пленки Oracal, поскольку тонер на них держится очень слабо, и в случае перегиба бумаги внутри принтера существует большая вероятность, что придется потратить несколько неприятных минут на очистку печки принтера от налипших остатков тонера. Лучше всего, если принтер может пропускать бумагу через себя горизонтально, печатая при этом на верхней стороне (как, например, HP LJ2100 – один из лучших принтеров для применения при изготовлении печатных плат. Также помимо принтера можно использовать и копировальный аппарат, применение которого иногда дает даже лучшие по сравнению с принтерами результаты за счет нанесения толстого слоя тонера. Основное требование, которое предъявляется к подложке, - легкость ее отделения от тонера. Кроме того, в случае использования бумаги она не должна оставлять в тонере ворсинок. При этом возможны два варианта: либо подложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров или основы от Oracal), либо предварительно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Перенос тонера на плату заключается в прикладывании подложки с тонером к предварительно очищенной плате с последующим нагревом до температуры, немного превышающей температуру плавления тонера. Возможно огромное количество вариантов как это сделать, однако наиболее простым является прижим подложки к плате горячим утюгом. При этом для равномерного распределения давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Очень важным вопросом является температура утюга и время выдержки. Эти параметры варьируются в каждом конкретном случае, поэтому, возможно, придется поставить не один эксперимент, прежде чем получить качественные результаты. Критерий тут один: тонер должен успеть достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. После “приварки” тонера к плате необходимо отделить подложку (кроме случая использования в качестве подложки алюминиевой фольги: ее отделять не следует, поскольку она растворяется практически во всех травильных растворах). Пленка для лазерных принтеров и основа от Oracal просто аккуратно снимаются, в то время как обычная бумага требует предварительного размачивания в горячей воде. Стоит отметить, что в силу особенностей печати лазерных принтеров слой тонера в середине больших сплошных полигонов достаточно мал, поэтому следует по мере возможности избегать использования таких областей на плате, либо после снятия подложки придется подретушировать плату вручную. В целом использование данной технологии позволяет добиться ширины дорожек и зазоров между ними вплоть до 0,3 миллиметров.

Применение фоторезистов. Фоторезистом называется чувствительное к свету вещество, которое под воздействием освещения изменяет свои свойства. В последнее время появилось несколько видов импортных фоторезистов в аэрозольной упаковке. Сущность применения фоторезиста заключается в следующем: на плату с нанесенным на нее слоем фоторезиста накладывается фотошаблон и производится ее засветка, после чего засвеченные (или незасвеченные) участки фоторезиста смываются специальным растворителем, в качестве которого обычно выступает едкий натр (NaOH). Все фоторезисты делятся на две категории: позитивные и негативные. Для позитивных фоторезистов дорожке на плате соответствует черный участок на фотошаблоне, а для негативных, соответственно, прозрачный. Наибольшее распространение получили позитивные фоторезисты как наиболее удобные в применении. Далее более подробно будут рассмотрены позитивные фоторезисты в аэрозольной упаковке.

Первым этапом является подготовка фотошаблона. Его можно получить, напечатав рисунок платы на лазерном принтере на пленке. При этом необходимо особое внимание уделить плотности черного цвета на фотошаблоне, для чего необходимо отключить в настройках принтера все режимы экономии тонера и улучшения качества печати.

Кроме того, некоторые фирмы предлагают вывод фотошаблона на фотоплоттере. При этом гарантирован качественный результат. На втором этапе на предварительно подготовленную и очищенную поверхность платы наносится тонкая пленка фоторезиста. Делается это путем распыления его с расстояния порядка 20 сантиметров.

При этом следует стремиться к максимальной равномерности получаемого покрытия. Кроме того, очень важно обеспечить отсутствие пыли в процессе распыления - каждая попавшая в фоторезист пылинка неминуемо оставит свой след на плате. После нанесения слоя фоторезиста необходимо высушить получившуюся пленку. Делать это рекомендуется при температуре 70 – 80 градусов, причем сначала нужно подсушить поверхность при небольшой температуре и лишь затем постепенно довести температуру до нужного значения.

Время сушки при указанной температуре  составляет порядка 20-30 мин. В крайнем случае допускается сушка платы при комнатной температуре в течение 24 часов. Платы с нанесенным фоторезистом должны храниться в темном прохладном месте. Следующим после нанесения фоторезиста этапом является экспонирование. При этом на плату накладывается фотошаблон (желательно стороной печати к плате: это способствует увеличению четкости при экспонировании), который прижимается тонким стеклом или куском плексигласа.

При достаточно небольших размерах плат для прижима можно использовать крышку от коробки компакт – диска либо отмытую от эмульсии фотопластинку. Поскольку область максимума спектральной чувствительности большинства современных фоторезистов приходится на ультрафиолетовый диапазон, для засветки желательно использовать лампу с большой долей УФ – излучения в спектре (ДРШ, ДРТ и другие.). В крайнем случае, можно использовать мощную ксеноновую лампу.