Cel 5 części kursu lutowania

Podczas tego artykułu skupimy się na lutowaniu dużej (bardzo dużej) ilości rezystorów. Zadanie to ma dwojaki cel. Po pierwsze, co oczywiste - praktyka w montażu urządzeń elektronicznych. Po drugie, będzie to ćwiczenie praktyczne dotyczące połączeń równoległych i szeregowych, które pojawiło się wcześniej podczas kursu elektroniki (poziom I).

Las rezystorów - koszmar elektronika

Tytuł tego odcinka może brzmieć groźnie - jednak bez obaw. Tak naprawdę celem tego ćwiczenia jest zlutowanie prostego obwodu, który będzie zasilał 5 diod świecących. Gdzie tkwi haczyk? Głównym celem przyświecającym projektowaniu tej płytki było zastosowanie jak największej ilości rezystorów. Stąd jej schemat oraz wygląd może budzić niepokój.

Jak pewnie pamiętacie z kursu elektroniki, rezystory można łączyć szeregowo oraz równolegle. Pozwala to na uzyskanie oporników przykładowo o nietypowych rezystancjach.

Schemat naszej płytki wygląda następująco:

Zgodnie z zapowiedzią mamy tu ogrom rezystorów, konkretnie jest ich 27. Aby trochę ułatwić pracę wykorzystano jednak tylko dwie wartości 1k oraz 100R. Dopiski "pionowo" oraz "poziomo" mówią o sposobie montażu - przejdziemy do tego za chwilę.

Teoretyczne zadanie domowe

W ramach dodatkowego treningu chętni mogą policzyć sumę rezystancji w każdej z gałęzi. Nie jest to trudne, wystarczy rozpatrywać wszystkie oporniki po kolei.

---

Oprócz wspomnianych rezystorów na płytce znajduje się też 5 diod świecących, złącze zasilania oraz przełącznik typu dip-switch, którym będziemy mogli uruchamiać kolejne diody.

W praktyce płytka do tego zadania (nr 2 z zestawu) nie wygląda już tak strasznie:

Gdzie wlutować konkretny rezystor?

Przy tej ilości elementów (o różnych wartościach) ciężko byłoby składać układ tylko na podstawie schematu ideowego. Przydatny może być również schemat montażowy (obraz płytki z programu, w którym została zaprojektowana):

Powyższa grafika, to widok od góry (od strony elementów) na płytkę, jednocześnie brak laminatu pozwala w tym przypadku na podglądanie rozkładu ścieżek. Bez problemu można zlokalizować tutaj każdy element. Wystarczy porównać jego opis np. R1 z opisem na schemacie.

Montaż elementów na płytce - jaka kolejność?

Istnieje kilka teorii zgodnie, z którymi powinno się lutować elementy w konkretnej kolejności.  W tej chwili warto rozważyć dwie:

1. zaczynamy od najniższych elementów idąc w stronę coraz wyższych,
2. lutujemy elementy według kolejnych bloków funkcjonalnych.

Pierwsza metoda, czyli zaczynanie od niskich elementów chroni nas przed sytuacjami, w których po wlutowaniu większych części w małą płytkę problematyczne będzie umiejscowienie obok nich czegoś mniejszego. Przykładowo wetknięcie i wlutowanie małego kondensatora ceramicznego będzie trudne, jeśli dookoła wlutujemy wcześniej stosunkowo wysokie LEDy.

Druga metoda sprawdza się szczególnie dobrze przy większych płytkach. Bardziej złożone układy składają się z wyraźnych modułów np. zasilania, mikrokontrolera itd. Wtedy warto lutować je w taki sposób, aby od razu sprawdzać działanie poszczególnych modułów.

W przypadku omawianej płytki możliwe byłoby lutowanie kolejnych diod z rezystorami. Jednak układ jest na tyle prosty, że nie ma to większego sensu. Zdecydowanie łatwiej będzie lutować w kolejności od najniższych układów - czyli rezystorów.

BOM - lista elementów

Rezystorów jest całkiem dużo i szukanie każdego na schemacie (w celu sprawdzenia wartości) byłoby stratą czasu. Tutaj przydatny jest BOM (ang. bill of materials), czyli lista elementów, która została wygenerowana z programu, w którym zaprojektowano płytkę (lub w najgorszym przypadku sporządzono ją ręcznie).

Dla płytki z tego artykułu fragment dotyczący rezystorów wygląda następująco:

Najważniejsze są dla nas pierwsze dwie kolumny. Znajdziemy tam oznaczenie rezystora na PCB, czyli przykładowo R1 oraz informację o jego wartości i ułożeniu 100R pion.

Ułożenie pionowe i poziome rezystorów

Standardowe rezystory mają dwa wyprowadzenia, które można wyginać. W związku z tym element taki można wlutować na płytkę w dwóch wariantach:

1. na leżąco (poziomo) - najczęściej spotykane rozwiązanie,
2. na stojąco (pionowo).

Drugie podejścia pozwala na redukcję miejsca zajmowanego przez element, jednak montaż taki spotyka się już coraz rzadziej.

W praktyce do zamontowania elementów w jeden z powyższych sposobów należy taki rezystor:

Wygiąć zgodnie z poniższymi wzorcami:

Zwracam uwagę, że specjalnie nogi nie są zgięte idealnie prostopadłe względem elementów. Odrobina odchyłki sprawi, że rezystor po włożeniu na miejsce nie wyleci z niego po odwróceniu płytki na czas lutowania.

W praktyce oba elementy w płytkę wkłada się później następująco:

Teraz, gdy wiadomo już jak obchodzić się z elementami pora na właściwą pracę, czyli lutowanie.

Montaż układu: rezystory

Na początku zaczynamy od rezystorów. Dla wygodnej, szybkiej pracy proponuję zacząć od wlutowania wszystkich rezystorów 100R. Sprawdzamy więc na wcześniejszym BOMie, które to elementy i zaczynamy od R1 i R2.

Tam, gdzie na warstwie opisowej znajduje się większe kółeczko wkładamy prostą nóżkę, a w to drugie nóżkę, która jest zagięta. Teraz pora na odwrócenie płytki. Dla lepszej czytelności poniższy przykład pokazuje sytuację tylko z jednym rezystorem.

Odginanie nóżek

Aby element na pewno nie wypadł podczas lutowania warto odgiąć nóżki. Przy bardzo prostych układach nie ma większego znaczenia jak to zrobimy.

Następnie pora na lutowanie. Proces ten najlepiej obrazuje przedstawiona w poprzednim odcinku animacja. Podgrzewamy element i pad, a następnie dodajemy cyny. Staramy się, aby uzyskane połączenie było błyszczące i smukłe.

Na koniec odcinamy nadmiar nóżki obcęgami bocznymi. Efektem takiej operacji powinno być połączenie zbliżone do poniższego (prawy dolny róg):

Jak widać na powyższym zdjęciu w miejscu odcięcia nadmiaru nóżki (ponad lutem) zostawiamy kawałek wyprowadzenia, które jest "odsłonięte" i narażone na warunki atmosferyczne.

Dlatego warto również rozważyć drugie podejście, które zakłada, że najpierw odcinamy nóżkę (lewy róg powyższego zdjęcia), a dopiero później lutujemy. Takie rozwiązanie pozwala na pokrycie tej końcówki warstwa ochronną cyny (poprzez dotknięcie miejsca, gdzie nastąpiło cięcie grotem na koniec procesu lutowania).

Ja akurat podczas tego ćwiczenia odcinałem nóżki na koniec, co widoczne jest na filmie:

Wykonując kolejne luty, krok, po kroku dochodzimy do momentu, gdy wszystkie rezystory 100R są już na swoich miejscach:

Analogicznie zajmujemy się rezystorami 1k, czyli zaczynamy zgodnie z BOMem od R3. Po kilku minutach pracy dochodzimy do momentu, w którym nasz las rezystorów jest już gotowy:

Montaż układu: przełącznik dip-switch

Pora na przycisk dip-switch, który tak naprawdę jest pięcioma przełącznikami w jednej obudowie. Element ten jest niższy od diod świecących, dlatego teraz należy wlutować właśnie jego. Po wprawce z ostatniego odcinka (lutowanie złącz) nie będzie to dla nikogo problemem:

Działanie tego przełącznika jest dość intuicyjne, ale dla formalności trzy zdania wyjaśnienia. Na spodzie mamy 5 par wyprowadzeń. Każdy biały suwak odpowiada za jedną (równoległą) parę. W pozycji off wyprowadzenia te są rozwarte, a w pozycji on zwarte.

Montaż układu: diody świecące (LED)

Pora na wlutowanie 5 diod. Kolory można wybrać wedle własnego upodobania. U mnie wszystkie są zielone (dzięki temu będę mógł na sam koniec porównać jasność ich świecenia). Przy diodach koniecznie należy zwrócić uwagę na ich polaryzację. Nie można lutować ich losowo.

Na warstwie opisowej widać, że wszystkie miejsce na diodę mają wcięcia. Oczywiście jest to analogia do diody, która również ma taki płaski fragment na obudowie. Co więcej, podczas wkładania diody w płytkę prawdopodobnie poczujemy opór. Jest to związane z małym zgrubieniem na nóżkach - widoczne na poniższym zdjęciu:

Nie należy się tym przejmować, wystarczy trochę mocniej docisnąć diodę. Tak, aby zielona obudowa dotykała laminatu. Oczywiście wszystko z umiarem, aby nie złamać wyprowadzeń. Pomijam etap lutowania wszystkich diod, ponieważ nie odbiega on niczym od innych elementów.

Montaż układu: Złącze zasilania

Na sam koniec najwyższy element - złącze zasilania typu ARK, czyli z zaciskami śrubowymi na przewody. Warto zwrócić uwagę, że element ten ma stosunkowo najgrubsze wyprowadzenia, więc należy go odpowiednio rozgrzać przed przyłożeniem cyny.

Poprawne połączenie powinno być, jak zawsze, błyszczące:

Wyprowadzenia tego elementu wystają już dość znacznie z podstawy. Jednak ucinanie tak grubych nóżek może być bardzo ciężkie. Tutaj decyzja należy do Ciebie - ja ich nie skracałem.

Szukanie błędów przed uruchomieniem

Gdy cały układ jest zlutowany, czyli wygląda zgodnie z poniższym zdjęciem warto poświęcić kilka chwil na sprawdzenie poprawności montażu. Robimy to przed podłączeniem zasilania.

Co warto sprawdzić?

1. Czy wlutowane są wszystkie elementy?
2. Czy luty wyglądają ładnie i błyszcząco?
3. Czy wszystkie nóżki zostały odcięte?
4. Czy w żadnym miejscu nie ma zwarcia? Ten test można wykonać dokładnie sprawdzając wzrokowo całą płytkę, ale najlepiej wykorzystać do tego miernik uniwersalny.

Uruchamianie układu

W celu uruchomienia układu należy włożyć baterię do koszyka (4xAA) i (na razie) ustawić wbudowany w niego przełącznik na pozycję OFF. Następnie za pomocą śrubokręta trzeba mocno zamocować końcówki przewodów w złączu.

Teraz przesuwamy wszystkie przełączniki dip-switcha w stronę krawędzi płytki. Jeśli wszystko wygląda dobrze można pójść o krok dalej i włączyć zasilanie w koszyku na baterię. W tej chwili nie powinno się nic dziać - to będzie bardzo dobry objaw!

Co dalej? Poprawne działanie układu przedstawia poniższym film:

Hmm, dlaczego jedna dioda świeci inaczej? Wystarczy wrócić do schematu ideowego i sprawdzić jak jest ona zasilana. Rezystancja w tej gałęzi jest dość spora. Jednak spokojnie tak miało być, to taka symulacja błędnego montażu. W dalszych odcinkach kursu wrócimy do tego przykładu i wymienimy rezystory tak, aby dioda świeciła jaśniej.

Szukanie błędów po uruchomieniu

Niektóre błędy mogą być widoczne dopiero po włączeniu zasilania. Jeśli jakaś dioda nie będzie reagowała na przesunięcie odpowiedniego przełącznika, to warto sprawdzić, czy przypadkiem nie została wlutowana odwrotnie. Dalej koniecznie trzeba sprawdzić luty przełącznika, a dopiero na sam koniec pozostaje weryfikacja wartości rezystorów oraz poprawności ich montażu (tych elementów jest więcej - sprawdzenie będzie dość mozolne).

Poprawa błędów - plecionka

W poprzednim odcinku kursu lutowania zajęliśmy się dodatkowo odsysaczem do cyny. Narzędzie to może uratować nas z niejednej opresji. Świetnie sprawdza się w sytuacjach, gdy nadmiar spoiwa jest bardzo duży. Niestety nie pozwala on na idealnie odciągnięcie cyny.

Tutaj z pomocą przychodzi nam plecionka. Czyli wstążka składająca się z miedzianych włókien. Na dobrą sprawę można powiedzieć, że jest to miedziany przewód bez izolacji. Przewagą gotowej plecionki jest zwarty, gęsty splot, który poprawia właściwości zbierania cyny. Taka forma jest też zwyczajnie wygodniejsza, ponieważ całość jest nawijana na małą rolkę.

Jak działa plecionka?

Jak widać nie jest to działanie typowo mechaniczne, brak tutaj tłoka i przycisku zwalniającego - tak jak miało to miejsce w przypadku odsysacza. Miedziana taśma szybko się rozgrzewa, a w związku dużą ilością włókien bardzo łatwo wchłania cynę. Najlepiej widoczne będzie to na dalszym filmie.

Aby odciągnąć cynę plecionką wystarczy na wybrane miejsce położyć kawałek tasiemki i rozgrzać całość grotem. Spoiwo po roztopieniu bardzo chętnie przejdzie z płytki na plecionkę.

Powyższe działanie zakłada, że cyna przechodzi na tasiemkę korzystając z właściwości topionego spoiwa. Jak pewnie pamiętasz z poprzednich artykułów zbyt długo (lub ponownie) grzana cyna szybko traci swoje właściwości. Dzieje się tak za sprawą topnika, który pierwotnie znajduje się w jej wnętrzu. Podczas lutowania topnik wypływa ze spoiwa wspomagając proces lutowania, a następnie paruje lub zastyga na płytce, tak jak jest to widoczne na poniższym zdjęciu.

Jeśli będziemy rozgrzewać ponownie taką "zużytą" cynę bez topnika, to nie będzie ona chętna do współpracy... Stąd przed pierwszym użyciem plecionki warto poznać jeszcze topnik.

Poprawa błędów - topnik

Jest to substancja, która chemicznie oczyszcza łączone metale, co sprawia, że lutowania jest łatwiejsze. Główne zadanie topnika, to usunięcie tlenków i zanieczyszczeń oraz ułatwienie topnienia cynie. W niezbędniku warsztatowym Forbota znajduje się topnik w płynie (dostępne są również wersja w żelu - tymi jednak nie zajmujemy się w tym kursie).

Buteleczka jest pozornie mała. Jednak powinna wystarczyć na bardzo, bardzo długo. Topnik należy używać w małych ilościach (1-2 krople). Aplikacja jest bardzo prosta wystarczy przyłożyć końcówkę do miejsca, które będziemy ponownie lutować i delikatnie ścisnąć opakowanie. 

Działanie plecionki w praktyce

Pora na wykorzystanie plecionki i topnika w praktyce. Poniższy film przedstawia kilka przykładów użycia tych specyfików. Pamiętajcie jednak o używaniu małej ilości topnika. Filmy nagrywane były na stosunkowo dużym przybliżeniu dlatego 2-3 rozlane krople wyglądają tam tak, jakbym wylał pół butelki, co nie jest prawdą.

Za poligon testowy posłużyły mi złącza lutowane na płytce nr 1:

Kiedy plecionka, a kiedy odsysacz?

W tym miejscu może pojawi się pytanie: kiedy w takim razie należy korzystać z odsysacza, a kiedy z plecionki? To kwestia wprawy. Ja zdecydowanie zachęcam, aby używać obu sposobów na raz.

Najwygodniej każde miejsce, gdzie jest dużo cyny zacząć rozlutowywać odsysaczem. Odciągnie on wierzchni nadmiar spoiwa. Później dzięki plecionce możliwe będzie dokładne oczyszczenie pola lutowniczego.

Podsumowanie

W tym odcinku kursu lutowania zajęliśmy się uruchomieniem w całości pierwszego układu. Nie był on zbyt skomplikowany jednak zawierał wszystko to, co inne urządzenia (elementy elektroniczne, gniazdo zasilania, przełączniki). Dodatkowo sprawdziliśmy jak w praktyce działa plecionka. Od teraz naprawa błędów lutowniczych nie powinna już nikomu sprawiać trudności.

W dalszych artykułach skupimy się na montażu kolejnych gadżetów, dzięki temu poznamy zasady obchodzenia się z innymi częściami elektronicznymi.

Nie chcesz przeoczyć kolejnych artykułów? Skorzystaj z poniższego formularza i zapisz się na powiadomienia o nowych publikacjach!

Autor kursu: Damian (Treker) Szymański
Autor projektu płytek z kursu: Michał (Futrzaczek) Kurzela

kurs, kursLutowania, lutowanie, rezystor, rezystory, równolegle, szeregowe