Categories:

Общий принцип механического конструктива самодельных электронных устройств

При занятиях любительской электроникой, нужно не только разработать свою схему или модифицировать чью-то, а потом собрать её на печатной плате, но и желательно оформить все в некое законченное устройство, которое будет работать долго в разных условиях и при перемещениях, а не будет иметь вид лабораторного образца, размещенного стационарно на лабораторном стенде, на который дышать страшно, чтобы он не изменил режимы своей работы или вообще не перестал работать. У меня были случаи, когда устройства работали несколько лет, а потом приходили в негодность, потому что покрывались пылью и потом на это попадала дождевая вода, или устройство которое работало несколько лет, было выведено из строя при обычной уборке помещений. Я думаю в массовой радиолюбительской практике таких случаев бесчисленное множество, когда совершенно замечательное электронное устройство приходило в негодность, просто потому что это был, по сути, лабораторный образец, который помещали в совершенно нелабораторные условия.

Занимаясь электроникой, вы же предполагает сделать нечто практически ценное, ценное в повседневной практической жизни, в быту, а не в условиях домашней лаборатории, таким образом, нужно явно осознавать, что помимо создания некоего, возможно совершенно гениального, по вашим представлениям, электронного устройства, вам надо обеспечить длительную работоспособность этого устройства в реальных практических бытовых условиях, при этом возможно в ваше отсутствие, и возможно в условиях, в которых вы совсем не хотите находиться, например, на даче осенью, зимой, весной, в период слякоти, и пусть даже оно не будет работать в это время, но, по крайней мере, сохранило бы свою пригодность для практического использования, когда вы приедете в это место в следующий раз, когда будет замечательная погода.

Что угрожает вашим электронным устройствам в бытовых условиях: капли воды при влажной уборке помещений, посторонние предметы, упавшие на печатную плату, деформации печатной платы при перемещениях устройства, когда устройство перемещается сваленным в куче других бытовых предметов, недостаточное охлаждение силовых элементов при работе устройства, или просто когда устройство лежит в подвале или на чердаке и временно не нужно, а разбирать его на запчасти просто лень. Такой экзотикой, как возможность работы вашего электронного устройства на дне Марианской впадины, в условиях космической радиации и космического вакуума, а так же в условиях электромагнитного импульса ядерного взрыва, атмосферы Марса, Венеры, Сатурна и т.д., мы заниматься не будем, потому что нас интересуют все же, хотя и жесткие, но бытовые условия, в которых вы планируете проживать какое-то, достаточно длительное время.

Для обеспечения основы размерной жесткости вашего электронного устройства и охлаждения силовых компонентов используется достаточно толстая металлическая пластина, например алюминиевая или магниевая, толщиной 3 – 5 мм, толщина менее 3 мм не обеспечит жесткости в бытовых условиях, а толщина более 5  мм лишь утяжелит устройство, а её жесткость будет избыточна в бытовых условиях. Назовем эту металлическую пластину – Базовая Плата, ну или Base Plate, на случай если это будут предлагать в иностранных Интернет-магазинах. Силовые элементы: транзисторы, диоды, крепятся к этой пластине (Base Plate) путем приклеивания на автомобильный силиконовый герметик через марлю – марля задает дистанцию между радиатором транзистора (диода) и Base Plate, дистанция, задаваемая марлей, нужна для определенной диэлектрической прочности клеевого соединения, ну а герметик приклеивает и обеспечивает теплопередачу от радиатора транзистора (диода) к металлической пластине. Марля, а не любая другая ткань, нужна потому что герметик легко проникнет между её нитями – сама по себе марля имеет низкую теплопроводность и нужна лишь как диэлектрическая арматурная решетка, задающая дистанцию для силиконового герметика, который обеспечит склеивание и теплопередачу от радиатора транзистора (диода) к Base Plate. И не пытайтесь использовать для приклеивания термоклей из термоклеевых пистолетов – выше 80 градусов Цельсия он размягчается и не держит механическую нагрузку, а кремниевые транзисторы могут нормально работать и при 150 градусах Цельсия, при этом термоклей просто превращается в жидкость. Ну а автомобильный герметик рассчитан на штатную работу с механическими нагрузками в условиях автомобильного двигателя и это как раз то, что нам надо.

Приклеивание автомобильным силиконовым герметиком длится примерно 1 стуки, а демонтаж производится обычной отверткой – нужно просто подколупнуть деталь. У меня такие соединения нормально держатся, а потом демонтируются после 10 лет эксплуатации, и я считаю, что это гораздо надежнее и ремонтопригоднее чем монтаж маленькими винтиками и шурупчиками специальными креплениями через гибкие силиконовые прокладки. Если вам нужно чтобы приклеивание было быстро, например, когда при сборке устройства неохота ждать 1 сутки пока герметик застынет, то можно на отдельные участки нанести клей из термоклеевого пистолета, при этом термоклей обеспечит быструю фиксацию при сборке, а силиконовый герметик, впоследствии, обеспечит эксплуатационную механическую прочность при высокой температуре.

Что касается Base Plate, то это просто сплошная ровная металлическая пластина без всяких дополнительных элементов – предполагается, что радиолюбитель сам нанесет на неё все отверстия и если надо обрежет так, как ему надо – бытовых инструментов для этого, в продаже, сейчас, более чем достаточно: электролобзики, реноваторы, углошлифовальные машины. Смысл Base Plate в том, что это именно простая металлическая пластина, нарезанная в более менее транспортабельный для продажи и покупки в розницу, габарит, по минимальной цене, без всякой дополнительной прибавочной стоимости. Попробуйте вот так просто найти в продаже простую металлическую пластину, без всяких идиотских финтифлюшек, рисунков и прочего дизайнерского хлама. В общем, подход к размерам Base Plate при продажах в магазине такой же, как и для фольгированного текстолита: продаются некие произвольно нарезанные куски материала, которые пользователь потом сам нарежет как ему надо.

Итак, мы имеем Base Plate, к которой приклеены силовые электронные детали: транзисторы, диоды и т.д. Печатная плата должна быть по габаритам меньше Base Plate, чтобы Base Plate прикрыла печатную плату своими габаритами жесткости полностью по контуру, при этом надо учесть, что силовые детали припаиваются не к проводящим площадкам с края печатной платы, а в печатной плате делается вырез в центре и именно в этом вырезе размещаются приклеенные силовые транзисторы (диоды), а контактные площадки для силовых деталей размещены по контуру этого выреза печатной платы, это нужно, чтобы силовые детали рассеивали тепло в центр Base Plate, а не с края Base Plate. Вырез в центре печатной платы делается путем засверливания контура этого выреза множеством мелких отверстий с последующим удалением перемычек между этими отверстиями бокорезами и, при необходимости, опиливанием краев выреза напильником. Вот тут, как раз, незаменимый инструмент – компактная аккумуляторная дрель - шуруповерт, хотя неплохо подойдет гравировальная машинка или реноватор. Обратите внимание, что это принципиально, чтобы габарит печатной платы полностью был закрыт габаритом Base Plate, хотя возникает соблазн сместить габариты печатной платы и Base Plate, типа: ну что там может случиться в бытовых условиях. А вот случится, обязательно случится, и именно не случится, а гарантированно произойдет, это, что называется, Закон Подлости и лучше его учитывать, чем потом материть всех и себя, в том числе за то, что ваше устройство сломается именно тогда когда оно будет нужнее всего.

Таким образом, мы имеем уже практически готовое устройство: печатную плату с силовыми транзисторами (диодами), приклеенными к Base Plate, и это по сути, уже готовое устройство, теперь осталось только поместить его в корпус, для защиты от пыли и брызг воды и попадания посторонних предметов. Корпус, в любительских условиях, делать лучше всего из жести консервных банок – это наиболее технологично для радиолюбителей, как делать корпуса из жести уже описано, тут надо уточнить одну вещь, а именно: никогда не используйте поверхность Base Plate как внешнюю поверхность корпуса устройства – это связано с проблемами механического соединения элементов корпуса и его химической стойкости, а именно: Base Plate обычно выполнена из алюминия, алюминиевых сплавов или магния, а корпус делается из жести, суть в том, что жесть плохо соединяется с цветными металлами и сплавами. Нет, соединить их можно, но возникает куча разных проблем, а уж если вы хотите обеспечить герметичность вашего устройства, то про соединение контура Base Plate как внешней поверхности устройства и остального корпуса из жести можете вообще забыть.

Корпус устройства делается целиком из жести, а потом Base Plate приклеивается к одной из плоскостей этого корпуса, изнутри, силиконовым герметиком, таким образом, обеспечивается надежное механическое соединение корпуса и Base Plate – нагрузка соединения корпуса и Base Plate распределяется по большой площади клеевого соединения силиконового герметика и это соединение не препятствует теплопередаче от Base Plate к жестяному корпусу, таким образом, вы можете прицепить к этой жестяной стороне корпуса вентилятор охлаждения, или сделать ещё экстремальнее – сделать жестяной корпус полностью герметичным и для охлаждения просто помещать его в емкость с водой. Тут есть так же некий коммерческий вариант: выпускать Base Plate на одну сторону, которой уже приклеена белая жесть, и уже эту сторону Base Plate можно использовать как внешнюю сторону корпуса устройства, если его весь корпус планируется сделать из белой жести. Конечно, в таком случае возникает соблазн сделать Base Plate из толстого текстолита оклеенного белой жестью, но надо учесть, что Base Plate используется так же и как радиатор силовых электронных устройств, а текстолит радиатором в принципе быть не может – тут нужны материалы с высокой теплопроводностью и лучшими свойствами тут обладают алюминий или магний, конечно, медь и серебро ещё лучше, но медь тяжелая, а серебро дорогое. В общем, что касается Base Plate, то лучше оставить выбор на простой пластине из металла без всяких приклеенных или привороченных дополнительных элементов, а все что нужно – приклеить и прикрутить самому.

Чтобы приклеить жесть к Base Plate, надо нанести силиконовый герметик на Base Plate, положить сверху лист жести, а потом надавить каким-нибудь роликом от центра Base Plate и медленно вести от центра к краю Base Plate, прилагая максимально возможные усилия, с тем, чтобы герметик между Base Plate и жестью распределился как можно более тонким сплошным слоем, а может, на этот случай в продаже есть менее вязкий герметик, но я такой не встречал.

Элементы крепления жестяного корпуса к разным внешним бытовым предметам, мебели или архитектурным элементам зданий стоит разместить уже как раз вне габаритов Base Plate, так чтобы внешние нагрузки на эти элементы крепления передавались не непосредственно на Base Plate, а частично демпфировались гибкостью жестяного корпуса. Base Plate нужна для обеспечения размерной жесткости вашего устройства, а не предметов мебели, а тем более объектов архитектуры, хотя, при случае, металлическая пластина толщиной 3 – 5 мм может выдержать значительные нагрузки, но если она деформируется, то работоспособность вашего устройства может пострадать. Кстати, элементы крепления корпуса вашего устройства к неким внешним предметам можно просто сделать из жести и припаять к жестяному корпусу вашего устройства.

И не забудьте спаять проводниками Общий Вывод схемы вашего устройства и жестяной корпус, чтобы минимизировать наводки и помехи внутри устройства.

Демонтаж герметичного жестяного корпуса устройства, для ремонта, производится просто разрезанием жестяного корпуса отрезным диском гравировальной машинки или реноватором, только после разрезания надо сразу облудить место среза, чтобы потом, после ремонта быстро запаять его обычным припоем, при сборке вы просто совмещаете разрезанные части, так как они были совмещены до разреза и проводите по этой линии припоем и паяльником – далее эти части будут держаться уже не на материале жести, а на припое, что вполне достаточно в бытовых условиях в большинстве применений.

Печатная плата крепится к Base Plate так же путем приклеивания силиконовым герметиком через диэлектрические прокладки – чтобы проводники с обратной стороны печатной платы не замыкались через Base Plate. Кроме того, желательно сделать в печатной плате сквозные вырезы, через которые будут пропущены элементы жесткости, например пластиковые или текстолитовые цилиндры, которые передадут возможную давящую нагрузку с верхней стороны жестяного корпуса на Base Plate, это нужно, чтобы жестяной корпус вашего устройства не прогнулся, если вы, по ошибке, например, поставите на него гирю, во время своих занятий спортом. Вообще, тут, как раз, можно предусмотреть некие резьбовые стойки, которые ввинчиваются в Base Plate, и по длине этих резьбовых стоек можно разместить разные дистанционные кольца, втулки, для фиксации и печатной платы и разных металлических экранов, разделяющих пространство внутри корпуса.

Если вы желаете обеспечить герметичность корпуса вашего устройства, например чтобы оно работало на даче вне помещения, то возможные разъемы не стоит размещать на жестяном корпусе, а нужно выводить кабель к разъему через прорезь в корпусе и эту прорезь изнутри и снаружи основательно залить силиконовым герметиком, а в качестве разъемов использовать специальные внешние резьбовые герметичные разъемы, а для крепления проводов кабеля этого разъема сделать специальный отсек внутри жестяного корпуса с отдельной платой, так, чтобы в случае тянущих нагрузок, можно было просто вырвать кабель разъема из корпуса устройства, но герметичность всего устройства не пострадала – впоследствии его можно будет легко отремонтировать, просто заменив отсек крепления кабеля разъема. Такие ситуации могут возникнуть, когда вам быстро надо будет дезактивировать устройство, а возиться с правилами его выключения нет и в таком случае вам будет достаточно просто выдрать кабель питания или подачи сигнала устройства, а не пытаться разломать все устройство, тратя время на колебания, типа: а вдруг оно вам ещё понадобится.

Error

default userpic

Your reply will be screened

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.