Inštalácia tlmiviek na jednoduché dosky plošných spojov. Cievka 32 - Cievka s potlačou tenkého filmu. Odpojenie napájania IC

Tlačou je možné vytlačiť mnoho prvkov obvodu: rezistory, kondenzátory, tlmivky, viacotáčkové cievky transformátorov a tlmiviek, spínače a konektory.

Odpory s potlačou sa vyrábajú nanášaním tenkých lakových filmov na povrch dosky.

Ich konfigurácia (obr. 35, a) je veľmi rôznorodá a závisí od možnosti zabezpečenia mechanickej pevnosti a podmienok prenosu tepla. Variabilné odpory, ktoré pozostávajú z oblúkovej vodivej uhlíkovej alebo kovovej vrstvy a kontaktného šmýkadla kĺzajúceho po povrchu vodivého prvku, sú tiež vyrobené tlačeným spôsobom. Hodnota odporu vytlačeného odporu závisí od zloženia suspenzie, tvaru vzoru a hrúbky filmu.

Filmové kompozitné rezistory typu SZ-4 sú široko používané. Tieto odpory sú vyrobené priamo na povrchu mikrodosky. Môžu byť použité v teplotnom rozsahu od -60 do + 125 ° С a výkon rozptýlený mikrorezistormi nepresahuje 0,25 W.

Kondenzátory s potlačou sa vyrábajú nanesením dvoch vodivých dosiek na obe strany izolačnej základne (obr. 35, b). Kapacita kondenzátora je určená plochou jeho dosiek a hrúbkou dielektrika (dosky). Na obr. 35c znázorňuje polopriečne tlačený kondenzátor, v ktorom je statorová doska aplikovaná priamo na izolačnú základňu dosky a rotorová doska je aplikovaná na keramický disk, ktorý sa môže otáčať okolo osi rovnobežnej s rovinou dosky, zmena hodnoty kapacity. Použitie keramických materiálov umožňuje získať stabilné kondenzátory s menovitými hodnotami od jednotiek do niekoľkých stoviek pikofaradov a prevádzkovým napätím 100 V alebo viac.

Vytlačené induktory (obr. 35, d) sú vyrobené vo forme plochých špirálových metalizovaných línií okrúhleho, oválneho, štvorcového alebo iného tvaru aplikovaných na dosku. Hodnota indukčnosti takýchto cievok závisí od počtu závitov cievky, vzdialenosti medzi nimi a ich priemeru. Na zvýšenie indukčnosti vytlačených cievok sú vyrobené viacvrstvové, pričom jedna cievka je oddelená od druhej izolačnou vrstvou laku a konce cievok sú navzájom zapojené do série. V niektorých prípadoch sa zvýšenie indukčnosti dosiahne zavedením magnetodielektrických jadier do stredu špirály alebo nanesením vrstvy magnetickej farby v poli cievky. Variabilná indukčnosť môže byť vytvorená aj na plošných spojoch, pre ktoré je nad tlačenou cievkou inštalovaná medená alebo hliníková platňa, ktorá sa dá posúvať.

Na zvýšenie kvalitatívneho faktora cievok je na nich galvanicky pokovovaná vrstva striebra s hrúbkou 20 ... 50 mikrónov.

Potlačené transformátory a tlmivky sa vyrábajú nanášaním jednotlivých špirálových cievok na pružnú základňu vyrobenú z fluoroplastu, lakovanej látky, pečeného papiera alebo iných izolačných materiálov. Vytlačené vinutia sú navzájom spojené do série a umiestnené v špeciálnom puzdre alebo vtlačené do plastového plášťa.

Tlačené spínače a konektory môžu byť vyrobené buď priamo na doske s plošnými spojmi rádia, alebo na samostatných doskách. Tlačený spínač, dokonca aj s najväčšou zložitosťou, je lacnejší ako akýkoľvek iný spôsob výroby. Pre zvýšenie odolnosti kontaktov vypínača s potlačou proti oderu sú potiahnuté striebrom, čo zaisťuje spoľahlivosť v prevádzke až do niekoľkých stoviek tisíc zopnutí. Na zabezpečenie zvýšenej odolnosti sú medené kontakty spínačov pokryté vrstvou ródia s hrúbkou 6 ... 10 mikrónov.

Potlačené prvky sa v prípade potreby preosievajú nanesením vrstvy izolačného laku na povrch vzoru, ktorý sa následne prekryje vrstvou magnetického materiálu. Tienenie vodičov nie je pevné, ale sieťové alebo štrbinové.

"Železno-laserová" technológia na výrobu dosiek plošných spojov(ULT) sa doslova za pár rokov rozšíril v rádioamatérskych kruhoch a umožňuje vám získať dosky plošných spojov pomerne vysokej kvality. Ručne kreslené PCB sú časovo náročné a bez chýb.

Pri výrobe tlačených tlmiviek pre vysokofrekvenčné obvody sú kladené špeciálne požiadavky na presnosť vzoru. Okraje vodičov cievky by mali byť čo najrovnejšie, pretože to ovplyvňuje ich kvalitatívny faktor. Je veľmi problematické urobiť kresbu viacotáčkovej špirálovej cievky ručne a tu môže mať svoje slovo ULT.

Ryža. 1

Ryža. 2

Takže všetko je v poriadku. Spúšťame počítačový program SPRINT-LAYOUT, napríklad verzia 5.0. Nainštalujte v nastaveniach programu:

Mierka súradnicovej mriežky - 1,25 mm;

Šírka čiary - 0,8 mm;

Rozmery dosky - 42,5x42,5 mm;

Vonkajší priemer „náplasti“ je 1,5 mm;

Priemer otvoru v „záplate“ je 0,5 mm.

Nájdite stred dosky a nakreslite šablónu cievkového vodiča (obr. 1)pozdĺž súradnicovej mriežky pomocou nástroja VODIČ skrútením cievky v požadovanom smere (pre šablónu je potrebný zrkadlový obraz, ale možno ho získať neskôr pri tlači). Na začiatku a na konci cievky nastavíme „záplatu“ na pripojenie cievky k prvkom obvodu.

V nastaveniach tlače nastavíme počet výtlačkov na hárok, vzdialenosť medzi výtlačkami a v prípade potreby cievku "pretočíme" opačným smerom, zrkadlovú tlač obrázku. Mali by ste tlačiť na hladký papier alebo špeciálne priehľadné fólie, pričom maximálnu zásobu tonera nastavte pri tlači v nastaveniach tlačiarne.

Ďalej sa riadime štandardom ULT. Sklolaminát si pripravíme fóliou, povrch fólie očistíme a odmastíme napríklad acetónom. Šablónu s tonerom nanesieme na fóliu a cez hárok papiera prežehlíme horúcou žehličkou, kým toner pevne nepriľne k fólii.

Potom pod tečúcou vodou z kohútika (studenej alebo izbovej teploty) papier namočíme a opatrne ho „šúľkami“ vyberieme, pričom toner necháme na fólii dosky. Dosku naleptáme a potom z nej odstránime toner rozpúšťadlom, napríklad acetónom. Na doske zostáva čistý, vysokokvalitný „vytlačený“ vodič induktora.

Vytlačené zvitky so špirálovými závitmi podľa ULT sa javia ako mierne horšej kvality. Ide tu o štvorcový tvar obrazových pixelov, takže okraje špirálového cievkového vodiča sú zubaté. Je pravda, že tieto nepravidelnosti sú pomerne malé a kvalita cievky je vo všeobecnosti stále vyššia ako pri ručnom vykonávaní.

Znova otvorte SPRINT-LAYOUT verziu 5.0. V paneli nástrojov vyberte ŠPECIÁLNY FORMULÁR – nástroj na kreslenie mnohouholníkov a špirál. Vyberte kartu ŠPIRÁLA. Inštalácia:

Počiatočný polomer (START RADIUS) -2 mm;

Vzdialenosť medzi závitmi (DISTANCE) -1,5 mm;

Šírka vodiča (TRACK WIDTH) -0,8 mm;

Počet otáčok (TURNS), napríklad - 20.

Veľkosť dosky obsadenej takouto cievkou je 65x65 mm (obr. 2).

Potlačené cievky sú zvyčajne spojené v pásmových filtroch (BPF) pomocou malých kondenzátorov. Je však možná aj ich indukčná väzba, ktorej stupeň je možné meniť zmenou vzdialenosti medzi rovinami cievok alebo excentrickým otáčaním jednej voči druhej. Je možné vykonať pevné upevnenie cievok voči sebe navzájom

použite dielektrické vzpery.

Nastavenie indukčnosti cievok je možné vykonať uzavretím závitov, prerušením tlačeného vodiča alebo jeho čiastočným odstránením. Tým sa zvýši frekvencia ladenia slučky. Zníženie frekvencie je možné dosiahnuť spájkovaním malých kondenzátorov typu SMD medzi závitmi.

Výroba VKV cievok v tvare meandru, rovných a zakrivených línií, hrebeňových filtrov a pod. s použitím ULT tiež dodáva výslednému produktu eleganciu a spravidla zvyšuje jeho kvalitatívny faktor (kvôli „hladkým“ okrajom tlačených vodičov) V ekvivalentných obvodoch by mal byť dielektrický stratový odpor zapojený paralelne s tlačené cievky a tento odpor bude tým nižší, čím vyššia bude pracovná frekvencia a tým horšia bude kvalita dielektrika.

V praxi možno fóliou potiahnuté sklolaminát plne využiť na výrobu tlačených rezonančných obvodov až do 2-metrového rozsahu vrátane (do cca 150 MHz). V rozsahu 70 cm (do cca 470 ... 500 MHz) je možné použiť špeciálne vysokofrekvenčné druhy sklenených vlákien. Pri vyšších frekvenciách použite RF-PTFE (teflón), keramiku alebo sklo potiahnuté fóliou.

Potlačený induktor má zvýšený Q faktor v dôsledku zníženia medzizávitovej kapacity získanej na jednej strane v dôsledku malej hrúbky fólie a na druhej strane stúpania "vinutia" cievky. Uzavretý rám vyrobený z uzemnenej fólie okolo tlačenej cievky v jej rovine slúži ako tienenie od ostatných cievok a tlačených vodičov, ale má malý vplyv na parametre cievky, ak je jej obvod pod nízkym RF napätím (pripojený na spoločný vodič) a centrum je pod vysokým napätím.

Literatúra

1.G. Panasenko. Výroba tlačových zvitkov. - Rádio, 1987, č. 5, s.62.

Obojstranné dosky plošných spojov, napriek všetkým ich výhodám, nie sú najlepšie, najmä pre malé signálové alebo vysokorýchlostné obvody. Vo všeobecnosti platí, že hrúbka dosky plošných spojov, t.j. rozstup medzi vrstvami je 1,5 mm, čo je príliš veľa na to, aby sa plne využili niektoré z výhod vyššie uvedenej dvojvrstvovej dosky plošných spojov. Pridelená kapacita je napríklad príliš malá kvôli takému veľkému intervalu.

Viacvrstvové PCB

Pre návrh kritických obvodov sú potrebné viacvrstvové dosky plošných spojov (MPP). Niektoré z dôvodov ich použitia sú zrejmé:

• rovnako pohodlné, ako pre spoločnú drôtovú zbernicu, rozloženie napájacej zbernice; ak sa polygóny na samostatnej vrstve používajú ako napájacie zbernice, potom je celkom jednoduché napájať každý prvok obvodu pomocou priechodov
• signálové vrstvy sú uvoľnené z napájacích koľajníc, čo uľahčuje zapojenie signálových vodičov
• medzi zemným a napájacím polygónom sa objavuje rozložená kapacita, ktorá znižuje vysokofrekvenčný šum

Okrem týchto dôvodov pre použitie viacvrstvových dosiek plošných spojov existujú aj ďalšie, menej zrejmé:

• lepšie potlačenie elektromagnetického ( EMI) a rádiová frekvencia ( RFI) rušenie v dôsledku odrazového efektu ( efekt roviny obrazu), známy už za čias Marconiho. Keď je vodič umiestnený blízko rovného vodivého povrchu, väčšina vysokofrekvenčných spätných prúdov bude tiecť v rovine priamo pod vodičom. Smer týchto prúdov bude opačný ako smer prúdov vo vodiči. Odrazom vodiča v rovine sa teda vytvorí vedenie na prenos signálu. Pretože prúdy vo vodiči a v rovine majú rovnakú veľkosť a opačný smer, dochádza k určitému zníženiu vyžarovaných porúch. Efekt odrazu funguje efektívne len s nerozbitnými pevnými polygónmi (môžu to byť pevninské aj dobíjacie polygóny). Akékoľvek porušenie integrity bude mať za následok znížené odmietnutie rušenia.
• nižšie celkové náklady na malosériovú výrobu. Aj keď sú viacvrstvové PCB drahšie na výrobu, ich potenciálne vyžarovanie je menšie ako vyžarovanie jednovrstvových a dvojvrstvových PCB. Preto v niektorých prípadoch použitie iba viacvrstvových dosiek umožní splniť požiadavky na žiarenie stanovené pri vývoji a nie vykonávať dodatočné testy a testy. Použitím MPP je možné znížiť úroveň vyžarovaného rušenia o 20 dB v porovnaní s dvojvrstvovými doskami.

Poradie vrstiev

Neskúsení vývojári majú často nejasnosti ohľadom optimálneho poradia vrstiev PCB. Vezmime si napríklad 4-vrstvové oddelenie obsahujúce dve signálne vrstvy a dve polygónové vrstvy – základnú vrstvu a výkonovú vrstvu. Aké je najlepšie poradie vrstiev? Signálne vrstvy medzi polygónmi, ktoré budú slúžiť ako štíty? Alebo urobiť polygónové vrstvy internými, aby sa znížilo rušenie signálovej vrstvy?

Pri riešení tohto problému je dôležité mať na pamäti, že na usporiadaní vrstiev často nezáleží, pretože komponenty sú aj tak umiestnené na vonkajších vrstvách a zbernice, ktoré dodávajú signály na ich kolíky, niekedy prechádzajú cez všetky vrstvy. Akékoľvek efekty obrazovky sú preto iba kompromisom. V tomto prípade je lepšie postarať sa o vytvorenie veľkej distribuovanej kapacity medzi napájacími a pozemnými polygónmi a umiestniť ich do vnútorných vrstiev.

Ďalšou výhodou vonkajšej strany signálových vrstiev je dostupnosť signálov na testovanie a možnosť modifikovať prepojenia. Túto možnosť ocení každý, kto aspoň raz menil spoje vodičov umiestnených vo vnútorných vrstvách.

Pre dosky plošných spojov s viac ako štyrmi vrstvami existuje všeobecné pravidlo pre umiestnenie vysokorýchlostných signálnych vodičov medzi zem a elektrické vedenie a nízkofrekvenčné vodiče do vonkajších vrstiev.

Uzemnenie

Dobré uzemnenie je bežnou požiadavkou pre bohatý, vrstvený systém. A mal by byť naplánovaný od prvého konštrukčného kroku.

Základné pravidlo: rozdelenie pozemku.

Rozdelenie zeme na analógovú a digitálnu časť je jednou z najjednoduchších a najefektívnejších metód potlačenia hluku. Jedna alebo viac vrstiev viacvrstvovej dosky s plošnými spojmi je zvyčajne priradená ako základná rovina. Ak vývojár nie je veľmi skúsený alebo nepozorný, zem analógovej časti bude priamo napojená na tieto polygóny, t.j. analógový spätný prúd bude používať rovnaký obvod ako digitálny spätný prúd. Autobrokeri pracujú v podstate rovnakým spôsobom a konsolidujú všetky pozemky dohromady.

Ak je predtým vyvinutá doska s plošnými spojmi s jednou uzemňovacou rovinou kombinujúcou analógové a digitálne uzemnenie podrobená spracovaniu, musíte najprv fyzicky oddeliť uzemnenie na doske (po tejto operácii je prevádzka dosky takmer nemožná). Potom sa vytvoria všetky pripojenia k analógovej základnej doske komponentov analógového obvodu (vytvorí sa analógové uzemnenie) ak digitálnej základnej doske komponentov digitálneho obvodu (vytvorí sa digitálne uzemnenie). A až potom sa digitálna a analógová zem spoja v zdroji.

Ďalšie pravidlá pre tvorbu pôdy:

Takmer všetky hodinové signály sú dostatočne vysokofrekvenčné signály, takže aj malé kapacity medzi stopami a polygónmi môžu vytvárať významné spojenia. Je potrebné si uvedomiť, že problém môže spôsobiť nielen základná frekvencia hodín, ale aj jej vyššie harmonické.

Obrázok 4 zobrazuje možné rozloženie všetkých komponentov na doske vrátane napájacieho zdroja. Používa tri samostatné a izolované polygóny zem/napájanie: jeden pre zdroj, jeden pre digitálny a jeden pre analógový. Uzemnenie a napájacie obvody analógovej a digitálnej časti sú kombinované iba v napájacom zdroji. Vysokofrekvenčný šum je v napájacích obvodoch odfiltrovaný tlmivkami. V tomto príklade sú vysokofrekvenčné signály analógovej a digitálnej časti od seba vzdialené. Táto konštrukcia má veľmi vysokú pravdepodobnosť priaznivého výsledku kvôli dobrému umiestneniu komponentov a dodržiavaniu pravidiel pre oddelenie obvodov.

Existuje iba jeden prípad, keď je potrebné skombinovať analógové a digitálne signály cez analógový pozemný polygón. A/D a D/A prevodníky sú umiestnené v krytoch s analógovými a digitálnymi uzemňovacími kolíkmi. Na základe predchádzajúcich úvah možno predpokladať, že digitálny uzemňovací kolík a analógový uzemňovací kolík by mali byť pripojené k digitálnej a analógovej uzemňovacej zbernici. V tomto prípade to však nie je pravda.

Názvy pinov (analógové alebo digitálne) sa vzťahujú len na vnútornú štruktúru prevodníka, na jeho vnútorné prepojenia. V obvode by tieto kolíky mali byť pripojené k analógovej uzemňovacej zbernici. Zapojenie môže byť uskutočnené aj v rámci integrovaného obvodu, avšak je dosť ťažké dosiahnuť nízky odpor takéhoto spojenia kvôli topologickým obmedzeniam. Preto sa pri použití prevodníkov predpokladá externé pripojenie analógových a digitálnych uzemňovacích kolíkov. Ak sa tak nestane, parametre mikroobvodu budú oveľa horšie ako parametre uvedené v špecifikácii.

Malo by sa pamätať na to, že digitálne prvky prevodníka môžu zhoršiť kvalitatívne charakteristiky obvodu a spôsobiť digitálny šum v analógových uzemňovacích a analógových silových obvodoch. Pri návrhu meničov sa s týmto negatívnym vplyvom počíta, aby digitálna časť spotrebovala čo najmenej energie. Zároveň sa znižuje rušenie spínacími logickými prvkami. Ak nie sú digitálne piny prevodníka silne zaťažené, potom interné prepínanie zvyčajne nie je problémom. Pri navrhovaní dosky plošných spojov obsahujúcej ADC alebo DAC je potrebné náležite zvážiť oddelenie napájania digitálneho prevodníka od analógovej zeme.

Frekvenčné charakteristiky pasívnych komponentov

Správny výber pasívnych komponentov je nevyhnutný pre správnu činnosť analógových obvodov. Začnite svoj návrh dôkladným zvážením RF charakteristík pasívnych komponentov a ich predbežným umiestnením a usporiadaním na náčrte dosky.

Veľký počet dizajnérov úplne ignoruje frekvenčné obmedzenia pasívnych komponentov pri použití v analógových obvodoch. Tieto komponenty majú obmedzené frekvenčné rozsahy a prevádzka mimo špecifikovanej frekvenčnej oblasti môže viesť k nepredvídateľným výsledkom. Niekto by si mohol myslieť, že táto diskusia je len o vysokorýchlostných analógových obvodoch. To však zďaleka neplatí – vysokofrekvenčné signály silne ovplyvňujú pasívne súčiastky nízkofrekvenčných obvodov prostredníctvom žiarenia alebo priamej komunikácie cez vodiče. Napríklad jednoduchý dolnopriepustný filter na operačnom zosilňovači sa môže ľahko zmeniť na hornopriepustný filter, keď je jeho vstup vysokofrekvenčný.

Rezistory

Vysokofrekvenčné charakteristiky rezistorov môžu byť reprezentované ekvivalentným obvodom znázorneným na obrázku 5.

Bežne sa používajú tri typy rezistorov: 1) vinutý drôt, 2) uhlíkový kompozit a 3) film. Na pochopenie toho, ako sa dá drôtový odpor premeniť na indukčnosť, netreba veľa fantázie, keďže ide o cievku s vysokoodporovým kovovým drôtom. Väčšina konštruktérov elektronických zariadení nemá ani potuchy o vnútornej štruktúre filmových rezistorov, ktoré sú tiež cievkou, avšak z kovového filmu. Preto majú filmové rezistory tiež indukčnosť, ktorá je nižšia ako indukčnosť drôtových rezistorov. Filmové rezistory s odporom menším ako 2 kOhm môžu byť voľne použité vo vysokofrekvenčných obvodoch. Vývody rezistorov sú navzájom rovnobežné, takže je medzi nimi znateľná kapacitná väzba. V prípade rezistorov s vysokým odporom kapacita medzi zvodom a kolíkom zníži celkovú impedanciu pri vysokých frekvenciách.

Kondenzátory

Vysokofrekvenčné charakteristiky kondenzátorov môžu byť reprezentované ekvivalentným obvodom znázorneným na obrázku 6.

Kondenzátory v analógových obvodoch sa používajú ako oddeľovacie a filtračné komponenty. Pre ideálny kondenzátor je reaktancia určená nasledujúcim vzorcom:

Preto bude mať 10 μF elektrolytický kondenzátor odpor 1,6 ohmu pri 10 kHz a 160 μΩ pri 100 MHz. Je to tak?

Pri použití elektrolytických kondenzátorov sa uistite, že sú zapojenia správne. Kladná svorka musí byť pripojená k kladnejšiemu DC potenciálu. Nesprávne zapojenie vedie k tomu, že cez elektrolytický kondenzátor preteká jednosmerný prúd, ktorý môže poškodiť nielen samotný kondenzátor, ale aj časť obvodu.

V zriedkavých prípadoch môže rozdiel DC potenciálu medzi dvoma bodmi v obvode zmeniť svoje znamienko. To si vyžaduje použitie nepolárnych elektrolytických kondenzátorov, ktorých vnútorná štruktúra je ekvivalentná dvom polárnym kondenzátorom zapojeným do série.

Indukčnosť

Vysokofrekvenčné charakteristiky induktorov môžu byť reprezentované ekvivalentným obvodom znázorneným na obrázku 7.

Reaktancia induktora je opísaná nasledujúcim vzorcom:

Preto bude mať indukčnosť 10 mH reaktanciu 628 Ω pri frekvencii 10 kHz a pri frekvencii 100 MHz odpor 6,28 MΩ. Správny?

Samotná doska s plošnými spojmi má vlastnosti pasívnych komponentov diskutovaných vyššie, aj keď nie také zrejmé.

Vzor vodičov na doske s plošnými spojmi môže byť zdrojom aj prijímačom rušenia. Dobré vedenie vodičov znižuje citlivosť analógového obvodu na zdroj emisií.

Doska plošných spojov je náchylná na žiarenie, pretože vodiče a vodiče komponentov tvoria akúsi anténu. Anténna teória je komplexný predmet na štúdium a presahuje rámec tohto článku. Niektoré základné informácie sú tu však uvedené.

Trochu teórie antény

Pri DC alebo nízkych frekvenciách prevažuje aktívna zložka. So zvyšujúcou sa frekvenciou je reaktívna zložka čoraz významnejšia. V rozsahu 1 kHz až 10 kHz začína pôsobiť indukčná zložka a vodič už nie je nízkoimpedančný konektor, ale pôsobí skôr ako tlmivka.

Vzorec na výpočet indukčnosti vodiča PCB je nasledujúci:

Typicky sa stopy PCB pohybujú od 6 nH do 12 nH na centimeter dĺžky. Napríklad 10 cm vodič má odpor 57 mΩ a indukčnosť 8 nH / cm. Pri 100 kHz je reaktancia 50 mΩ a pri vyšších frekvenciách bude mať vodič skôr indukčnosť ako odpor.

Pravidlo bičovej antény hovorí, že začína vnímateľne interagovať s poľom v dĺžke asi 1/20 vlnovej dĺžky a maximálna interakcia nastáva pri dĺžke tyče rovnajúcej sa 1/4 vlnovej dĺžky. Preto sa z 10cm drôtu z príkladu v predchádzajúcom odseku začne stávať celkom dobrá anténa nad 150 MHz. Malo by sa pamätať na to, že aj keď generátor digitálnych hodín nemusí pracovať nad 150 MHz, jeho signál vždy obsahuje vyššie harmonické. Ak doska plošných spojov obsahuje súčiastky s dlhými kolíkmi, môžu tieto kolíky slúžiť aj ako antény.

Ďalším základným typom antény sú slučkové antény. Indukčnosť priameho vodiča sa dramaticky zvyšuje, keď sa ohýba a stáva sa súčasťou oblúka. Zvýšenie indukčnosti znižuje frekvenciu, pri ktorej anténa začína interagovať so siločiarami.

Skúsení dizajnéri PCB, ktorí sú primerane oboznámení s teóriou slučkových antén, vedia, že nemôžete vytvoriť slučky pre kritické signály. Niektorí konštruktéri však na to nemyslia a spätné a signálne vodiče v ich obvodoch sú slučky. Vytvorenie slučkových antén je jednoduché ukázať na príklade (obr. 8). Ukazuje tiež, ako vytvoriť štrbinovú anténu.

Zvážte tri prípady:

Možnosť A je príkladom zlého dizajnu. Vôbec nepoužíva analógový zemný polygón. Slučka je tvorená zemným a signálnym vodičom. Pri pretekaní prúdu vzniká naň kolmé elektrické a magnetické pole. Tieto polia tvoria základ slučkovej antény. Pravidlo slučkovej antény hovorí, že pre maximálnu účinnosť by sa dĺžka každého vodiča mala rovnať polovici vlnovej dĺžky prijímaného žiarenia. Malo by sa však pamätať na to, že aj pri 1/20 vlnovej dĺžky je slučková anténa stále dosť účinná.

Možnosť B je lepšia ako možnosť A, ale v polygóne je prerušenie, pravdepodobne preto, aby sa vytvoril priestor na smerovanie signálu. Dráhy signálu a spätného prúdu tvoria štrbinovú anténu. Ďalšie slučky sú vytvorené vo výrezoch okolo mikroobvodov.

Možnosť B je príkladom lepšieho dizajnu. Dráhy signálu a spätného prúdu sú rovnaké, čo neguje účinnosť slučkovej antény. Upozorňujeme, že táto možnosť má tiež výrezy okolo integrovaných obvodov, ale sú oddelené od cesty spätného prúdu.

Teória odrazu a prispôsobenia signálu je blízka teórii antén.

Pri otočení vodiča PCB o 90° môže dôjsť k odrazu signálu. Je to spôsobené najmä zmenou šírky aktuálnej cesty. Na vrchole rohu sa šírka stopy zväčší 1,414-krát, čo vedie k nesúladu v charakteristikách prenosového vedenia, najmä v rozloženej kapacite a vlastnej indukčnosti stopy. Pomerne často je potrebné otočiť dráhu na DPS o 90°. Mnoho moderných CAD balíkov umožňuje vyhladiť rohy nakreslených ciest alebo nakresliť cesty vo forme oblúka. Obrázok 9 zobrazuje dva kroky na zlepšenie tvaru rohu. Len posledný príklad zachováva konštantnú šírku stopy a minimalizuje odrazy.

Tip pre skúsených plánovačov rozloženia plošných spojov: Pred vytvorením padacích podložiek a zalievaním polygónov si nechajte vyhladzovanie na posledný krok. V opačnom prípade bude vyhladzovanie CAD balíka trvať dlhšie kvôli zložitejším výpočtom.

Medzi vodičmi na DPS na rôznych vrstvách, keď sa krížia, dochádza ku kapacitnej väzbe. To môže niekedy spôsobiť problém. Vodiče naskladané na susedných vrstvách vytvárajú dlhý filmový kondenzátor. Kapacita takéhoto kondenzátora sa vypočíta pomocou vzorca znázorneného na obrázku 10.

Napríklad doska s plošnými spojmi môže mať nasledujúce parametre:

• 4 vrstvy; signálová a zemná polygónová vrstva – susediaca
• medzivrstvová vzdialenosť - 0,2 mm
• šírka vodiča - 0,75 mm
• dĺžka vodiča - 7,5 mm

Typický ER pre FR-4 je 4,5.

Je možné vidieť, že dochádza k zdvojnásobeniu amplitúdy výstupného signálu pri frekvenciách blízkych hornej hranici frekvenčného rozsahu operačného zosilňovača. To zase môže viesť k laserovému žiareniu, najmä pri pracovných frekvenciách antény (nad 180 MHz).

Tento efekt spôsobuje množstvo problémov, na ktoré však existuje mnoho spôsobov. Najzrejmejším z nich je skrátenie dĺžky vodičov. Ďalším spôsobom je zmenšiť ich šírku. Nie je dôvod použiť vodič tejto šírky na pripojenie signálu na invertujúci vstup, pretože týmto vodičom preteká veľmi malý prúd. Zníženie dĺžky stopy na 2,5 mm a šírky na 0,2 mm povedie k zníženiu kapacity na 0,1 pF a takáto kapacita už nepovedie k takému výraznému zvýšeniu frekvenčnej odozvy. Ďalším riešením je odstránenie časti polygónu pod invertujúcim vstupom a vodiča, ktorý k nemu smeruje.

Šírka vodičov dosky plošných spojov sa nedá donekonečna zmenšovať. Limitná šírka je určená tak technologickým postupom, ako aj hrúbkou fólie. Ak dva vodiče prechádzajú blízko seba, potom medzi nimi vzniká kapacitná a indukčná väzba (obr. 12).

Signálne vodiče by nemali byť vedené navzájom paralelne, pokiaľ nie sú zapojené diferenciálne alebo mikropáskové vedenia. Medzera medzi vodičmi musí byť aspoň trojnásobkom šírky vodičov.

Kapacita medzi stopami v analógových obvodoch môže byť ťažká pri veľkých hodnotách odporu (niekoľko megaohmov). Relatívne veľká kapacitná väzba medzi invertujúcim a neinvertujúcim vstupom operačného zosilňovača môže ľahko samobudiť obvod.

Napríklad pri d = 0,4 mm ah = 1,5 mm (celkom bežné hodnoty) je indukčnosť otvoru 1,1 nH.

Pamätajte, že ak sú v obvode vysoké odpory, potom by sa mala venovať osobitná pozornosť čisteniu dosky. V záverečných krokoch výroby dosky plošných spojov je potrebné odstrániť zvyškový tok a nečistoty. V poslednej dobe sa pri montáži dosiek plošných spojov často používajú vodou riediteľné tavivá. Menej škodlivé, dajú sa ľahko odstrániť vodou. Zároveň však umývanie dosky nedostatočne čistou vodou môže viesť k ďalšej kontaminácii, ktorá zhoršuje dielektrické vlastnosti. Preto je veľmi dôležité vyčistiť vysokoimpedančnú dosku plošných spojov čerstvou destilovanou vodou.

Oddelenie signálu

Ako bolo uvedené, šum môže vstúpiť do analógovej časti obvodu cez napájací obvod. Na zníženie tohto hluku sa používajú oddeľovacie (blokovacie) kondenzátory na zníženie lokálnej impedancie napájacích koľajníc.

Ak je potrebné oddeliť dosku plošných spojov, na ktorej sú analógové aj digitálne časti, potom je potrebné mať aspoň malú predstavu o elektrických charakteristikách logických prvkov.

Typický koncový stupeň logického prvku obsahuje dva tranzistory zapojené do série navzájom, ako aj medzi napájacím a zemným obvodom (obr. 14).

V ideálnom prípade tieto tranzistory pracujú striktne v protifáze, t.j. keď je jeden z nich otvorený, potom je druhý zatvorený, pričom na výstupe tvorí signál logickej jednotky alebo logickej nuly. V ustálenom logickom stave je spotreba logického prvku nízka.

Situácia sa dramaticky zmení, keď sa koncový stupeň prepne z jedného logického stavu do druhého. V tomto prípade môžu byť na krátku dobu zapnuté oba tranzistory súčasne a napájací prúd výstupného stupňa sa výrazne zvýši, pretože odpor prúdovej cesty od napájacej koľajnice k uzemňovacej koľajnici cez dva sériovo zapojené tranzistorov klesá. Spotreba energie sa prudko zvyšuje a potom aj znižuje, čo vedie k lokálnej zmene napájacieho napätia a vzniku prudkej, krátkodobej zmeny prúdu. Tieto zmeny prúdu vedú k emisii rádiofrekvenčnej energie. Aj na relatívne jednoduchej doske plošných spojov môžu byť desiatky alebo stovky uvažovaných koncových stupňov logických prvkov, takže celkový efekt ich súčasnej prevádzky môže byť veľmi veľký.

Nie je možné presne predpovedať frekvenčný rozsah, v ktorom sa tieto prúdové rázy budú nachádzať, pretože frekvencia ich výskytu závisí od mnohých dôvodov, vrátane oneskorenia šírenia spínania tranzistorov s logickými prvkami. Oneskorenie zase závisí aj od rôznych náhodných príčin, ktoré vznikajú počas výrobného procesu. Spínací šum má širokopásmové harmonické rozloženie v celom rozsahu. Existuje niekoľko metód na potlačenie digitálneho šumu, ktorých aplikácia závisí od spektrálneho rozloženia šumu.

Tabuľka 2 ukazuje maximálne prevádzkové frekvencie pre bežné typy kondenzátorov.

tabuľka 2

Z tabuľky je zrejmé, že pre frekvencie pod 1 MHz sa používajú tantalové elektrolytické kondenzátory, pri vyšších frekvenciách by sa mali použiť keramické kondenzátory. Treba mať na pamäti, že kondenzátory majú svoju vlastnú rezonanciu a ich nesprávna voľba môže nielen pomôcť, ale aj zhoršiť problém. Obrázok 15 ukazuje typické prirodzené rezonancie dvoch univerzálnych kondenzátorov - 10 μF tantalového elektrolytického a 0,01 μF keramického.

Skutočné charakteristiky sa môžu líšiť od výrobcu k výrobcovi a dokonca aj od šarže k šarži u jedného výrobcu. Je dôležité pochopiť, že na to, aby kondenzátor fungoval efektívne, frekvencie, ktoré potláča, musia byť v nižšom rozsahu, ako je prirodzená rezonančná frekvencia. V opačnom prípade bude povaha reaktancie indukčná a kondenzátor už nebude fungovať efektívne.

Nenechajte sa pomýliť, že jeden 0,1 μF kondenzátor potlačí všetky frekvencie. Malé kondenzátory (10 nF alebo menej) môžu pracovať efektívnejšie pri vyšších frekvenciách.

Odpojenie napájania IC

Izolácia napájacieho zdroja IC na potlačenie vysokofrekvenčného šumu pozostáva z použitia jedného alebo viacerých kondenzátorov zapojených medzi napájacie a uzemňovacie kolíky. Je dôležité, aby vodiče spájajúce vodiče s kondenzátormi boli krátke. Ak tomu tak nie je, potom bude hrať významnú úlohu vlastná indukčnosť vodičov a bude negovať výhody použitia oddeľovacích kondenzátorov.

Ku každému puzdru musí byť pripojený oddeľovací kondenzátor bez ohľadu na to, koľko operačných zosilňovačov je vo vnútri krytu, 1, 2 alebo 4. Ak je operačný zosilňovač napájaný bipolárnym napájaním, potom je samozrejmé, že musia byť umiestnené oddeľovacie kondenzátory na každom napájacom kolíku. Hodnota kapacity musí byť starostlivo vybraná na základe typu šumu a rušenia prítomného v obvode.

V obzvlášť zložitých prípadoch môže byť potrebné pridať indukčnosť v sérii s napájacím vedením. Indukčnosť musí byť umiestnená pred kondenzátormi, nie za nimi.

Ďalším, lacnejším spôsobom je nahradiť indukčnosť rezistorom s nízkym odporom (10 ... 100 Ohm). V tomto prípade spolu s oddeľovacím kondenzátorom tvorí rezistor dolnopriepustný filter. Táto metóda znižuje rozsah napájania operačného zosilňovača, ktorý sa tiež stáva viac závislým od spotreby energie.

Typicky jeden alebo viacero hliníkových alebo tantalových elektrolytických kondenzátorov na vstupnom napájacom konektore môže postačovať na potlačenie nízkofrekvenčného šumu v napájacích obvodoch. Prídavný keramický kondenzátor potlačí vysokofrekvenčné rušenie z iných dosiek.

Izolácia vstupných a výstupných signálov

Veľa problémov so šumom je výsledkom priameho spojenia vstupných a výstupných kolíkov. V dôsledku vysokofrekvenčného obmedzenia pasívnych komponentov môže byť odozva obvodu na vysokofrekvenčný šum dosť nepredvídateľná.

V situácii, kedy je frekvenčný rozsah indukovaného šumu výrazne odlišný od frekvenčného rozsahu obvodu, je riešenie jednoduché a zrejmé - umiestniť pasívny RC filter na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia. Pri použití pasívneho filtra si však treba dávať pozor: jeho charakteristiky (v dôsledku nedokonalých frekvenčných charakteristík pasívnych komponentov) strácajú svoje vlastnosti pri frekvenciách 100 ... 1000 krát vyšších ako je medzná frekvencia (f 3db). Pri použití sériovo zapojených filtrov, ktoré sú naladené na rôzne frekvenčné rozsahy, by mala byť horná priepustka najbližšie k zdroju rušenia. Na potlačenie hluku možno použiť aj induktory s feritovými guľôčkami; do určitej určitej frekvencie si zachovávajú indukčný charakter odporu a nad ich odpor sa stáva aktívnym.

Ukazovanie na analógový obvod môže byť také veľké, že je možné sa ich zbaviť (alebo aspoň znížiť) iba pomocou obrazoviek. Aby fungovali efektívne, musia byť starostlivo navrhnuté tak, aby frekvencie, ktoré spôsobujú najviac problémov, nemohli vstúpiť do obvodu. To znamená, že tienenie by nemalo mať otvory alebo výrezy väčšie ako 1/20 vlnovej dĺžky tieneného žiarenia. Pre zamýšľanú obrazovku je dobré už od začiatku návrhu DPS vyhradiť dostatok miesta. Pri použití tienenia môžete dodatočne použiť feritové krúžky (alebo guľôčky) pre všetky pripojenia k obvodu.

Kryty operačných zosilňovačov

Jedno balenie zvyčajne obsahuje jeden, dva alebo štyri operačné zosilňovače (obr. 16).

Jeden operačný zosilňovač má často aj ďalšie vstupy, napríklad na úpravu offsetového napätia. Duálne a štvorcové operačné zosilňovače majú iba invertujúce a neinvertujúce vstupy a výstupy. Preto ak je potrebné vykonať dodatočné úpravy, je potrebné použiť jednoduché operačné zosilňovače. Pri použití prídavných pinov nezabúdajte, že svojou štruktúrou ide o pomocné vstupy, preto ich treba ovládať opatrne a v súlade s odporúčaniami výrobcu.

V jednom operačnom zosilňovači je výstup umiestnený na opačnej strane vstupov. To môže sťažiť prevádzku zosilňovača pri vysokých frekvenciách kvôli dlhým spätnoväzbovým vodičom. Jedným zo spôsobov, ako to prekonať, je umiestniť zosilňovač a komponenty spätnej väzby na rôzne strany dosky plošných spojov. To však vedie k minimálne dvom dodatočným otvorom a výrezom v brúsenom polygóne. Niekedy sa na vyriešenie tohto problému oplatí použiť duálny operačný zosilňovač, aj keď sa druhý zosilňovač nepoužíva (a jeho vodiče musia byť správne pripojené). Obrázok 17 znázorňuje zmenšenie dĺžky spätnoväzbových vodičov pre invertné zapínanie.

Duálne operačné zosilňovače sa používajú najmä v stereo zosilňovačoch a quad operačné zosilňovače sa používajú vo viacstupňových filtračných obvodoch. V tomto je však dosť významná nevýhoda. Aj keď súčasná technológia poskytuje slušnú izoláciu medzi zosilňovačmi umiestnenými na rovnakom kremíkovom čipe, stále medzi nimi dochádza k presluchom. Ak je potrebné, aby takéto rušenie bolo veľmi malé, potom je potrebné použiť jednotlivé operačné zosilňovače. Crosstalk nie je len o duálnych alebo quad zosilňovačoch. Ich zdrojom môže byť veľmi tesné usporiadanie pasívnych komponentov rôznych kanálov.

Dvojité a štvorcové operačné zosilňovače, okrem vyššie uvedeného, ​​umožňujú užšiu inštaláciu. Jednotlivé zosilňovače sú voči sebe akoby zrkadlené (obr. 18).

Obrázky 17 a 18 nezobrazujú všetky pripojenia potrebné pre normálnu prevádzku, napríklad ovládač strednej úrovne s unipolárnym napájaním. Obrázok 19 ukazuje schému takéhoto budiča pri použití štvornásobného zosilňovača.

Schéma ukazuje všetky potrebné pripojenia na realizáciu troch nezávislých invertujúcich stupňov. Je potrebné venovať pozornosť skutočnosti, že vodiče polovičného napätia sú umiestnené priamo pod krytom integrovaného obvodu, čo umožňuje zmenšiť ich dĺžku. Tento príklad ilustruje nie ako by to malo byť, ale čo by sa malo robiť. Napríklad napätie strednej úrovne by mohlo byť rovnaké pre všetky štyri zosilňovače. Pasívne komponenty môžu byť primerane dimenzované. Napríklad plošné súčiastky veľkosti 0402 zodpovedajú rozstupom kolíkov štandardného puzdra SO. To umožňuje, aby bola dĺžka vodičov pre vysokofrekvenčné aplikácie veľmi krátka.

Pri umiestňovaní operačných zosilňovačov do puzdier DIP a pasívnych komponentov s drôtovými vodičmi vyžaduje PCB priechody na ich montáž. Takéto komponenty sa v súčasnosti používajú vtedy, keď neexistujú žiadne špeciálne požiadavky na rozmery dosky plošných spojov; Zvyčajne sú lacnejšie, ale náklady na DPS sa zvyšujú počas výrobného procesu kvôli vŕtaniu ďalších otvorov pre vývody komponentov.

Okrem toho použitie externých komponentov zväčšuje veľkosť dosky a dĺžku vodičov, čo neumožňuje obvodu pracovať pri vysokých frekvenciách. Prechody majú svoju vlastnú indukčnosť, ktorá tiež obmedzuje dynamické charakteristiky obvodu. Preto sa externé komponenty neodporúčajú pre vysokofrekvenčné aplikácie alebo pre analógové obvody umiestnené v blízkosti vysokorýchlostných logických obvodov.

Niektorí dizajnéri umiestňujú rezistory vertikálne v snahe skrátiť dĺžku vodičov. Na prvý pohľad sa môže zdať, že sa tým skracuje dĺžka trate. To však zväčšuje dráhu toku prúdu cez odpor a samotný odpor je slučka (indukční závit). Vysielacia a prijímacia kapacita sa mnohonásobne zvyšuje.

Pri aplikáciách s povrchovou montážou nie je potrebné umiestniť otvor pre každý kábel komponentu. Pri testovaní obvodu sa však vyskytujú problémy a ako kontrolné body musíte použiť priechody, najmä pri použití malých komponentov.

Nepoužité oy sekcie

Pri použití duálnych a quad operačných zosilňovačov v obvode môžu niektoré ich sekcie zostať nevyužité a musia byť v tomto prípade správne zapojené. Nesprávne pripojenie môže viesť k zvýšeniu spotreby energie, väčšiemu zahrievaniu a väčšiemu hluku použitých operačných zosilňovačov v rovnakom prípade. Piny nepoužitých operačných zosilňovačov je možné zapojiť tak, ako je znázornené na obr. 20a. Prepojenie pinov s prídavnými komponentmi (obr. 20b) uľahčí používanie tohto op-amp pri nastavovaní.

Záver

Pamätajte na nasledujúce základné body a vždy ich dodržiavajte pri navrhovaní a zapájaní analógových obvodov.

Všeobecné:

• predstavte si dosku plošných spojov ako súčasť elektrického obvodu
• rozumieť zdrojom hluku a rušenia a rozumieť im
• modelové a prototypové obvody

Vytlačená obvodová doska:

• používajte iba dosky plošných spojov vyrobené z kvalitného materiálu (napr. FR-4)
• obvody založené na viacvrstvových doskách plošných spojov sú o 20 dB menej náchylné na vonkajší šum ako obvody vyrobené na dvojvrstvových doskách
• použite rozdelené, neprekrývajúce sa polygóny pre rôzne pozemky a potraviny
• umiestnite uzemňovacie a silové polygóny na vnútorné vrstvy DPS.

Komponenty:

• uvedomte si frekvenčné obmedzenia zavedené pasívnymi komponentmi a vodičmi dosky
• snažte sa vyhnúť vertikálnemu umiestneniu pasívnych komponentov vo vysokorýchlostných obvodoch
• pre vysokofrekvenčné obvody použite komponenty určené na povrchovú montáž
• vodiče by mali byť čím kratšie, tým lepšie
• ak je potrebná väčšia dĺžka vodiča, znížte jeho šírku
• nepoužité vodiče aktívnych komponentov musia byť správne pripojené

Elektrické vedenie:

• umiestnite analógové obvody do blízkosti napájacieho konektora
• nikdy nesmerujte vodiče prenášajúce logické signály cez analógovú oblasť dosky a naopak
• udržujte vodiče vhodné pre invertujúci vstup operačného zosilňovača krátke
• uistite sa, že vodiče invertujúcich a neinvertujúcich vstupov operačného zosilňovača nevedú paralelne k sebe na veľké vzdialenosti
• snažte sa vyhnúť používaniu zbytočných priechodov ako ich vlastná indukčnosť môže viesť k ďalším problémom
• ak je to možné, neveďte vodiče v pravom uhle a uhlaďte vrcholy rohov

Výmena:

• použite správne typy kondenzátorov na potlačenie šumu elektrického vedenia
• Na potlačenie nízkofrekvenčného rušenia a šumu použite tantalové kondenzátory na vstupnom napájacom konektore
• Na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia a šumu použite keramické kondenzátory na vstupnom napájacom konektore
• použite keramické kondenzátory na každom napájacom kolíku mikroobvodu; v prípade potreby použite viacero kondenzátorov pre rôzne frekvenčné rozsahy
• ak v obvode dôjde k budeniu, potom je potrebné použiť kondenzátory s nižšou hodnotou kapacity a nie veľkou
• v zložitých prípadoch v silových obvodoch použite sériovo zapojené odpory s nízkym odporom alebo indukčnosťou
• analógové výkonové oddeľovacie kondenzátory by mali byť pripojené iba k analógovej zemi, nie digitálnej

Bruce Carter
Operačné zosilňovače pre každého, kapitola 17
Techniky usporiadania dosiek plošných spojov
Design Reference, Texas Instruments, 2002

Ploché tlačené cievky sa najčastejšie používajú v rozsahoch metrových a decimetrových vĺn na zmenšenie veľkosti zariadenia. Zvyčajne sa vyrábajú s okrúhlym, štvorcovým tvarom závitov alebo v tvare meandru, aj keď je to možné vo forme mnohouholníka. Nedávno, s príchodom technológie viacvrstvových DPS, sa objavili aj viacvrstvové cievky DPS. Použitie jadra vyrobeného z magnetického materiálu je neúčinné, pretože takéto jadro je vzdialené od závitov cievky a môže zmeniť svoju indukčnosť o 3 - 5%, čo vo väčšine prípadov nestačí. Preto sa tlačené induktory používajú vo väčšine prípadov, keď nie je potrebné nastavenie a hodnota indukčnosti nepresahuje jednotky microhenry.

Na našej stránke môžete použiť online kalkulačku na výpočet cievok na doske plošných spojov

V programe Coil32 od verzie 9.6 sa ploché tlačené cievky s okrúhlymi a štvorcovými závitmi a závitmi počítajú pomocou všeobecného empirického vzorca:

• L- indukčnosť (μH)
• D- vonkajší priemer špirály (mm)
• d- vnútorný priemer špirály (mm)
• N- počet otáčok
• D priem- stredný priemer cievky (mm)
• φ - faktor plnenia

Koeficienty c 1 - c 4 sú zhrnuté v tabuľke:

Krok navíjania na obrázku je označený ako " s". S nezmenenou" s"ak zväčšíte šírku závitu, zvýši sa Q-faktor cievky a jej vlastná kapacita. Zvyčajne, aby sa minimalizovala veľkosť cievky, je šírka tlačeného vodiča vyrobená blízko vzdialenosti medzi vodičmi, preto vo vzorci účinok" s"o hodnotu indukčnosti sa neberie do úvahy. Optimálna hodnota d/D = 0,4 pre okrúhlu cievku a program ju vyberie automaticky. Pre štvorcovú cievku je optimálna hodnota d/D = 0,362 a jeho program tiež vyberie automaticky.

Chyba pri výpočte indukčnosti podľa tohto vzorca nepresahuje 8% pri s nie viac ako 3w, t.j. ak medzera medzi pruhmi nie je väčšia ako dvojnásobok šírky pruhu.

Indukčný prvok vo forme priameho tlačeného vodiča sa vypočíta pomocou nasledujúceho empirického vzorca:

, kde:

• L- indukčnosť (μH)
• l- dĺžka vodiča (mm)
• b- šírka vodiča (mm)

Takéto indukčné prvky sa často používajú vo filtroch UHF. Pretože vnútorná kapacita takéhoto indukčného prvku je pomerne veľká, treba mať na pamäti, že je správnejšie ho reprezentovať ako segment dlhého vedenia s distribuovanými parametrami. Pre približné výpočty je však zjednodušenie použitého modelu celkom prijateľné.

V našej turbulentnej dobe elektroniky sú hlavnými výhodami elektronického produktu malé rozmery, spoľahlivosť, jednoduchá inštalácia a demontáž (demontáž zariadení), nízka spotreba energie a pohodlná použiteľnosť ( z angličtiny- pohodlie pri používaní). Všetky tieto výhody nie sú v žiadnom prípade možné bez technológie povrchovej montáže - technológie SMT ( S urface M počet T technológie) a samozrejme bez SMD komponentov.

Čo sú komponenty SMD

SMD súčiastky sa používajú absolútne vo všetkých moderných elektronikách. SMD ( S urface M opustený D evice), čo je preložené z angličtiny ako „zariadenie na povrchovú montáž“. V našom prípade je povrch doska plošných spojov bez priechodných otvorov pre rádiové prvky:

V tomto prípade sa SMD súčiastky nevkladajú do otvorov v doskách. Sú prispájkované na kontaktné dráhy, ktoré sú umiestnené priamo na povrchu DPS. Na fotke nižšie kontaktné plôšky cínovej farby na doske mobilného telefónu, ktorý mal kedysi SMD súčiastky.

Výhody SMD komponentov

Najväčšou výhodou SMD súčiastok je ich malá veľkosť. Nižšie uvedená fotografia zobrazuje jednoduché odpory a:

Vzhľadom na malé rozmery SMD súčiastok majú vývojári možnosť umiestniť viac súčiastok na jednotku plochy ako jednoduché výstupné rádiové prvky. V dôsledku toho sa zvyšuje hustota balenia a v dôsledku toho sa zmenšuje veľkosť elektronických zariadení. Keďže hmotnosť SMD komponentu je niekoľkonásobne nižšia ako hmotnosť rovnakého jednoduchého výstupného rádiového prvku, hmotnosť rádiového zariadenia bude tiež mnohonásobne nižšia.

SMD súčiastky sa spájkujú oveľa jednoduchšie. Na to potrebujeme fén. Ako spájkovať a spájkovať SMD súčiastky si môžete prečítať v článku ako správne spájkovať SMD. Ich spájkovanie je oveľa náročnejšie. V továrňach ich špeciálne roboty umiestňujú na dosku s plošnými spojmi. Vo výrobe ich nikto ručne nespájkuje, okrem rádioamatérov a opravárov rádiových zariadení.

Viacvrstvové dosky

Keďže zariadenia s SMD súčiastkami majú veľmi tesnú inštaláciu, na doske by malo byť viac stôp. Nie všetky stopy sa zmestia na jeden povrch, takže PCB áno viacvrstvové. Ak je hardvér zložitý a má veľa SMD komponentov, potom bude na doske viac vrstiev. Je to ako vrstvený koláč vyrobený z vrstiev. Vytlačené cesty spájajúce SMD súčiastky sa nachádzajú priamo vo vnútri dosky a nie je ich možné nijako vidieť. Príkladom viacvrstvových dosiek sú dosky pre mobilné telefóny, dosky pre počítače alebo notebooky (základná doska, grafická karta, RAM atď.).

Na fotografii nižšie je modrá doska Iphone 3g, zelená doska je základná doska počítača.

Všetci opravári rádiových zariadení vedia, že ak sa viacvrstvová doska prehreje, vybuchne. V tomto prípade sa medzivrstvové spoje roztrhnú a doska sa stane nepoužiteľnou. Hlavným tromfom pri výmene SMD súčiastok je preto správna teplota.

Niektoré dosky používajú obe strany PCB, čo zdvojnásobuje hustotu balenia, ako si viete predstaviť. To je ďalšie plus technológie SMT. Ach áno, za úvahu stojí aj faktor, že materiál na výrobu SMD súčiastok trvá niekoľkonásobne menej a ich cena pri sériovej výrobe v miliónoch kusov stojí v doslovnom zmysle cent.

Hlavné typy komponentov SMD

Poďme sa pozrieť na hlavné SMD prvky používané v našich moderných zariadeniach. Rezistory, kondenzátory, induktory s malou hodnotou a ďalšie komponenty vyzerajú ako obyčajné malé obdĺžniky alebo skôr rovnobežnosteny))

Na doskách bez obvodu nie je možné zistiť, či ide o rezistor, alebo kondenzátor, či dokonca cievku. Číňania označia ako chcú. Na veľké prvky SMD stále vkladajú kód alebo čísla na určenie ich príslušnosti a denominácie. Na fotografii nižšie sú tieto prvky označené červeným obdĺžnikom. Bez schémy nie je možné povedať, k akému typu rádiových prvkov patria, ako aj ich nominálnu hodnotu.

Veľkosti SMD komponentov môžu byť rôzne. Tu je popis veľkostí rezistorov a kondenzátorov. Napríklad tu je žltý obdĺžnikový kondenzátor SMD. Nazývajú sa tiež tantal alebo jednoducho tantal:

A takto vyzerá SMD:

Existujú aj tieto typy tranzistorov SMD:

Ktoré majú veľkú nominálnu hodnotu, vo výkone SMD vyzerajú takto:

A samozrejme, ako sa v našom veku mikroelektroniky zaobídeme bez mikroobvodov! Existuje veľa typov SMD balíkov mikroobvodov, ale hlavne ich rozdeľujem do dvoch skupín:

1) Mikroobvody, v ktorých sú kolíky rovnobežné s doskou plošných spojov a sú umiestnené na oboch stranách alebo pozdĺž obvodu.

2) Mikroobvody, v ktorých sú vodiče umiestnené pod samotným mikroobvodom. Ide o špeciálnu triedu mikroobvodov s názvom BGA (z angl Pole guľovej mriežky- rad loptičiek). Závery takýchto mikroobvodov sú jednoduché spájkovacie guľôčky rovnakej veľkosti.

Na fotografii nižšie je mikroobvod BGA a jeho zadná strana pozostávajúca z guľôčkových vodičov.

Mikroobvody BGA sú pre výrobcov vhodné v tom, že výrazne šetria miesto na doske plošných spojov, pretože pod akýmkoľvek mikroobvodom BGA môžu byť tisíce takýchto guľôčok. To výrazne uľahčuje život výrobcom, ale neuľahčuje život opravárom.

Zhrnutie

Čo by ste ešte mali použiť vo svojich návrhoch? Ak sa vám netrasú ruky a chcete si urobiť malú rádiovú plošticu, potom je voľba jasná. Ale napriek tomu rozmery nehrajú veľkú úlohu v dizajnoch amatérskych rádií a je oveľa jednoduchšie a pohodlnejšie spájkovať masívne rádiové prvky. Niektorí rádioamatéri používajú oboje. Každý deň sa vyvíja viac a viac nových mikroobvodov a komponentov SMD. Menší, tenší, spoľahlivejší. Budúcnosť určite patrí mikroelektronike.