• Petus
• November 07 2023
• Komerce
• 1725x Přečteno

V první části článku jsme již probrali rozdíly mezi analogovou a digitální elektronikou, představili jsme také seznam zařízení a materiálů, které stojí za to koupit při plánování svých prvních projektů. Pokud jsme tedy již připraveni k práci, pak je namístě přejít k činům. Začněme pájením.

Pájení je volitelné

Pokud by si někdo chtěl představit stereotypního technika\–elektronika, určitě by si vybral postavu shrbenou nad stolem, dívající se přes lupu na PCB desku, kterou právě zpracovává pájecím pérem. Protože však chceme předat začínajícím kutilům užitečné tipy a neduplikovat stereotypy, pojďme nejprve odpovědět na klíčovou otázku:

Potřebujete umět pájet?

Ne.
Mnoho lidí, kteří se zajímají o elektroniku, se necítí pohodlně, když má začít své dobrodružství pájením. Za prvé, tato dovednost vyžaduje určitou praxi a způsobům, jak ji získat, by měl být věnován samostatný článek (níže jen několik slov k této problematice). Za druhé, u mladších nadšenců se rodiče a učitelé obávají (a právem), že se začátečník může popálit. Neexistuje zcela bezpečný způsob práce s páječkou – tak či onak, držíme v ruce kus kovu zahřátý na několik set stupňů. Za třetí, mnoho vývojových, dokonce i velmi složitých projektů, může být úspěšně provedeno alternativními způsoby, takže pokud se vzdáte pájení, nebude začínající kutil omezen ve svých možnostech.

Jak se vyhnout pájení?

Většina elektronických obvodů, zejména na amatérské úrovni, může být zhotovena alternativními metodami, aniž by bylo nutné použít páječku. To také znamená, že nemusíme (alespoň zpočátku) používat PCB desky, tedy desky plošných spojů. Jaké jsou tedy naše možnosti?

Práce s kontaktními deskami

Kontaktní desky si v posledních dvou desetiletích získaly obrovskou popularitu. Jedná se o vyrobená z plastu, nízká, prolamovaná pouzdra. Uvnitř jsou instalovány pružné plíšky, které se upínají na umístěný v mezeře vývod součástky nebo žílu vodiče – tímto způsobem se spojí s dalšími otvory v dané řadě (obvykle příčně k tvaru desky). Obvyklé se po stranách umísťují dvě podélně spojené řady otvorů, které se ve většině projektů používají jako napájecí vedení. Použitím propojovacích kabelů a správným umístěním samotných komponent můžeme vytvářet velmi složité obvody a snadno je upravovat a rozšiřovat. Nejsme omezeni ani plochou a počtem otvorů, protože kontaktní desky jsou konstruovány tak, aby umožňovaly jejich modulární spojení (mají západky a skládají se jako puzzle).



Otvory kontaktní desky jsou téměř vždy vzdáleny od sebe přesně 2,54 mm (0,1 palce). To je způsobeno běžně používaným palcovým standardem, podle kterého jsou elektronické součástky, jako například integrované obvody, vyráběny po celá desetiletí. Vzdálenost mezi vývody prvku se nazývá rastr. Pokud tedy pořizujeme elektronické výrobky „podle rastru“ nebo „s rastrem“ 2,54 mm, můžeme si být jisti, že se na naší kontaktní desku budou hodit. Kontaktní desky lze napájet několika způsoby. Nejpohodlnější typ výrobků zahrnuje integrované banánkové zásuvky (metalizované otvory o průměru 5 mm) továrně připojené k podélnému napájecímu vedení. Aby se minimalizovalo riziko chyby, jsou tyto kontakty v některých modelech barevně označeny červenými, modrými nebo černými čarami. Alternativně je možné pořídit patici pro 9V baterie nebo koš na baterie, např. pouzdro vybavené předinstalovanými kabely nebo vývody „pro tisk“ („pro montáž do průchozích otvorů/THT“), které připojujeme přímo ke kontaktům desky. V neposlední řadě: můžeme také zakoupit speciální kontaktní desku napájecí modul. Jedná se o malé zařízení, které umístíme přímo do otvorů napájecího vedení. Je třeba zajistit, aby vybraný produkt měl vývody se stejnou roztečí jako naše deska. Poté se připojte k elektrické zásuvce buď pomocí kabelu USB a běžné telefonní nabíječky nebo pomocí síťového napájecího zdroje s příslušným konektorem. Nezapomeňte, že nezbytným příslušenstvím kontaktní desky jsou propojovací vodiče. Zakoupíme je zastřihnuté na příslušnou délku, přizpůsobené rastru otvorů a také ve formě pružných kabelů zakončených pevnými vývody. Takové příslušenství si můžete vyrobit i sami zakoupením několika cívek jednožilových kabelů (v různých barevných provedeních). Mělo by se jednat o výrobky se žilou v podobě drátu o průřezu cca 0,3 mm2, přibližně ve velikosti 22 podle AWG (American Wire Gauge). Je však třeba mít na paměti jejich nižší odolnost vůči častému ohýbání ve srovnání s kabely se žilou v podobě lanka.

Efektivita práce s kontaktními deskami závisí na plíšcích umístěných uvnitř. U kvalitnějších výrobků jsou vyrobeny ze speciálních, pružných kovů, které zaručují pevné usazení na vývodech komponentů. Levnější výrobky se opotřebovávají rychleji, což někdy vede k vadnému fungování obvodů.



Banánkové konektory se používají nejen v amatérských projektech a školním vzdělávání, ale i v profesionálních aplikacích – můžeme se s nimi setkat například v multimetrech a napájecích zdrojích. Jejich velkou výhodou je jednoduchost, nízká cena a dobré proudové vlastnosti (i když tuto vlastnost budeme mít příležitost využít jen zřídka). Stejně jako v mnoha jiných případech se nevyplatí volit nejlevnější produkty, které se pravděpodobně velmi rychle zlomí nebo ztratí pružnost kontaktů.

Čemu věnovat pozornost? Za prvé, konektory tohoto typu jsou vyráběny v několika průměrech. Vzhledem k oblíbenosti a pohodlí je nejlepší zvolit velikost 4 mm. Za druhé: někdy je kabel montován na banánkový konektor pájením, ale bez potíží najdeme také zástrčky vybavené šroubovacími svorkami, kde je žila kabelu připojena ke svému kontaktu šroubkem. Za třetí: banánkové zástrčky mohou být vybaveny zásuvkou, která umožňuje jejich sériové zapojení, např. pro prodloužení nebo rozvětvení vedení. Nelze přehlédnout, jak užitečná taková funkce může být. Pokud jde o samotné banánkové zásuvky: některé modely mají odnímatelnou plastovou krytku, která umožňuje k nim připojit „holý“ kabel bez konektorů nebo vidlicovou/očkovou koncovku. Pokud máme na výběr (jako například v nabídce TME), zvolme raději takový model zásuvky. Za čtvrté, neomezujme se, pokud jde o barevné provedení. Kromě černých (tedy „nulových“) a červených konektorů (obvykle označujících 5V napájecí vedení) stojí za zvážení nákup dalších barev, díky nimž budou naše obvody přehlednější. Za páté: nezapomeňte, že kromě samotných zástrček a zásuvek budeme k vytvoření propojovacích kabelů potřebovat vodiče. Pro větší pohodlí je nejlepší použít vodiče s jednou žilou v podobě lanka (mnoho malých měděných drátů) s průřezem od 1 mm2 do 2 mm2, tedy cca o průměru 1,5 mm.

Čtyřmilimetrové banánkové konektory mají další důležitou výhodu: jsou kompatibilní s mnoha modely krokosvorek/aligátorů. Jejich úchytky jsou často vyráběny v podobě kovového válce, a to proto, aby bylo možné jejich připojení k banánkové zástrčce. Krokosvorky usnadní připojení k našim projektům mnoha elektrických/elektromechanických prvků, jako jsou například přepínače nebo motory.

Elektrické svorky

Pro výuku základních obvodů. V této fázi má použití běžných elektrických svorek řadu výhod. Za prvé se jedná o levné produkty a k manipulaci s nimi je potřeba jen šroubovák. V případě práce s dětmi je to také příležitost naučit se používat nástroje. Můžeme však také použit WAGO svorky. Jsou přizpůsobeny pro kabely různých průměrů. Jedná se o opakovaně použitelné výrobky a zároveň velmi snadné v použití. Pro jejich použití stačí, když se vybavíte napájecím zdrojem, několika kabely, přepínači, objímkou žárovky – a budete připraveni na první práci.

Mezi užitečné elektrické příslušenství patří také jednorázové, krimpované na koncích vodičů hliníkové trubičky a spojky (např. očkové, vidlicové), které se skvěle osvědčí jako náhrada pájených spojů. Profesionálové k jejich montáži používají speciální krimpovací nástroje, ale pro začátek stačí obyčejné kleště.

Jak se naučit pájet krok za krokem? Mikronávod na pájení.

Pokud nám výše uvedené metody spojování vodičů a dalších prvků nevyhovují a jsme i nadále odhodláni začít s pájením, pak je třeba mít na paměti několik základních otázek.

O základech pájení jsme již napsali několik článků, v nichž jsme popsali dostupná zařízení a výrobky, které usnadňují práci, a také vlastnosti pojiv a typy příslušenství. Proto na tomto místě zmiňme jen několik základních principů a rad.



Především nezapomeňte, že pájecí pojivo (běžně nazývané cín) se aplikuje v místě, kde jsou prvky spojovány. Nejčastější chybou amatérů je použití hrotu páječky jako nástroje pro nanášení pojiva. Pájecí drát by se měl rozpouštět pouze dotykem s povrchy vyhřátými hrotem – tím je zajištěna správná funkce tavidel a aktivátorů obsažených v pojivovém materiálu.

Nezapomeňte spojované povrchy vyčistit isopropylalkoholem. Pájka by měla mít přímý kontakt s kovy, aby byla zajištěna vodivost s nízkým odporem. Podmínkou takového spojení bude také trpělivost při zahřívání prvků a ujištění se, že hrot dosáhl cílové teploty. Značková pájecí stanice potřebuje několik sekund, aby dosáhla nastavené teploty, zatímco u levné páječky je to přibližně několik minut. Dobrým zvykem je také vyčistit vytvořené spoje.

Při přípravě k pájení začněme jednoduchými cvičeními. Můžeme si například zakoupit velkou (i tu nejlevnější) prototypovou desku, tedy univerzální, navrtaný PCB laminát a snažit se každý kontakt co nejpřesněji pokrýt rozumným množstvím pojiva. Pokusme se nejprve připájet libovolné levné součástky – DIP patice, rezistory atd. Vyplatí se také osvojit si dovednost cínování vodičů se žilou vyrobenou v podobě lanka (pájka by měla zbělet a proniknout mezi měděná vlákna). Provádějme tato cvičení, dokud se nebudeme cítit jistě.

Co nestojí za to zvažovat jako úvod do vědy? V sociálních médiích, zejména v materiálech vlivných popularizátorů, je často zmiňována technika pájení/odpájení horkým vzduchem a příprava vlastních desek plošných spojů (leptání PCB desek). Tyto techniky jistě stojí za to využít, ale jejich použití je velmi specifické – nechme je tedy na později.

Investice do pájecí techniky a souvisejícího dílenského vybavení jsou rozděleny do dvou skupin: zařízení, ze kterých každý amatér časem „vyroste“ – a výrobky, které nám budou sloužit dlouhé roky. Například při prvních cvičeních a realizaci jednoduchých projektů nebudeme využívat možnosti, které nabízejí profesionální pájecí stanice. Začněme tedy s levnou páječkou o výkonu ne větším než 50 W. Nezapomeňme zakoupit další hroty s různými tvary koncovek (konečná volba je otázkou individuálních preferencí, které si musíme určit sami). V této fázi úsporné nákupy příslušenství (nebo úplné upuštění od jejich nákupu) nezpomalí náš pokrok. Mezi nejoblíbenější pomůcky patří: PCB držák, usnadňující montáž komponentů; stojánek na páječku; nejjednodušší odsávačka cínu pro odpájení součástek určených do průchozích otvorů (THT) nebo konektorů. Výpary roztaveného pojiva a tavidel vykazují stopovou škodlivost, a proto mnoho výrobců nabízí také speciální pohlcovače par určené pro elektronické dílny. V případě občasného pájení lze stejného účinku dosáhnout tak, že se posadíte ve vzdušné místnosti a v blízkosti pracoviště zapnete běžný ventilátor, který účinně rozptýlí výpary.

PÁJECÍ PŘÍSLUŠENSTVÍ

Na druhou stranu stojí za to se hned na začátku vybavit několika výrobky, jejichž kvalita by neměla záviset na zkušenostech uživatele. Prvním bude pájka s malým průměrem (do 1 mm). K pájení používáme slitiny vybavené jádrem s tavidlem. Zde je třeba připomenout, že bezolovnatá pojiva jsou bezpečnější než ta, která obsahují olovo, ale zároveň se taví při mnohem vyšších teplotách, vyžadují použití agresivních chemikálií a použití stanic, které přesně kontrolují teplotu procesu pájení. Je třeba také dodat, že v souladu s předpisy je olovnatý cín určen pouze pro profesionální použití a individuální zákazníci si jej tedy nemohou zakoupit. Pojivo lze zakoupit v různých množstvích a bude rozumné začít nákupem malé lahvičky výrobku, ale jakmile najdete materiál, který vyhovuje vašim preferencím**, zvažte nákup velké cívky (≥0,5kg) vybrané pájky.

Ostatní produkty, bez kterých se při práci neobejdete, jsou odpájecí opletení, čistič, tavidlo a rohož. Opletení je pás jemných měděných vláken, který se používá k čištění drah PCB od nejmenších pájecích usazenin \– příliš malých na to, aby mohly být odstraněny odsávačkou. Pomocí zahřátého hrotu páječky přitlačíme kousek opletení na čištěné místo – kapilární jev způsobí, že roztavené pojivo pronikne mezi vlákna. Malá poznámka pro začátečníky: protože měď je vynikajícím vodičem tepla, odpájení touto metodou by mělo být prováděno pomocí malých kousků opletení (cca 2 cm), nejlépe držených pinzetou – vyhnete se tak nežádoucímu poklesu teploty hrotu.

Hrot páječky nevyžaduje zvláštní údržbu, ale udržování v dobrém stavu prodlouží jeho životnost. Stojí za to pamatovat na jeho cínování. V současné době se za všech podmínek používají speciální čističe vyrobené z tenkých proužků měkkých kovů. K odstranění většiny nečistot z hrotu stačí několikeré otření zahřátou koncovkou o jejich povrch. Dělejte to co nejdále od obličeje, abyste zamezili kontaktu očí s odpadávajícími úlomky pájky. Čističe jsou cenově dostupné – natolik, že se při objednávce rozhodnete dokoupit speciální a stabilní zásobník, který vám usnadní péči o hrot jednou rukou.

Pro udržení pořádku na pracovišti, stejně jako pro ochranu pracovní desky, doporučujeme použít silikonové rohože. Jsou vyrobeny tak, aby se v důsledku vysokých teplot významně nedeformovaly. Často mají také mělké přepážky, které výrazně zlepšují organizaci mechanických součástek a prvků při montáži a demontáži elektronických zařízení.

Pokud jde o chemické přípravky pro začátek postačí dva prostředky: kapalina pro odstranění nečistot z povrchů PCB (chemické zbytky, špína) a tavidlo. Nemusí to být drahý výrobek, stačí kalafunový roztok. Ujistěte se, že jeho nádoba je vybavena vhodným aplikátorem, např. víčkem se štětečkem. Pro práci s nejmenšími prvky se používají pera naplněná tavidlem (z angl. flux pen), ale tato pohodlná pomůcka se ukáže jako užitečná pouze ve fázi práce s prvky montovanými povrchově (SMD).

Tyto základní nákupy by nám měly stačit k tomu, abychom mohli pracovat s našimi prvními projekty. Vyvstává tedy otázka – kde začít? V další části článku se vám pokusíme představit několik nápadů, kde začít dobrodružství s elektronikou, nebo jak přivést děti k elektronice.

Článek byl vydán na https://www.tme.eu