Набор навыков для работы с электроникой 101

Прежде чем приступить к сборке вашей игры на логику, давайте рассмотрим процедуру пайки сквозных (through-hole) компонентов.

Почему это называется сквозной пайкой, спросите вы? Вы заметите, что на плате много отверстий, каждое с медным дорожками на обратной стороне платы. Выводы каждого компонента пропускаются через эти отверстия (отсюда — сквозная) и припаиваются к медной дорожке.

Сквозная пайка обычно считается самой простой формой пайки.

Самый важный инструмент для любой работы по пайке? Конечно же паяльник! Для этой процедуры мы будем использовать паяльную станцию, которую продаём в нашем магазине деталей и инструментов.

Для этого проекта вы не захотите, чтобы мощность паяльника на жале превышала 40 ватт. Для нашей станции, которая потребляет 50 ватт от сети, безопасно выставить максимальную мощность.

Если вы включаете паяльник впервые, вы можете заметить дым и неприятный запах. Не беспокойтесь; это просто покрытие жала выгорает. Подождите пару минут, пока паяльник перестанет дымить.

Перед началом пайки обязательно увлажните губку для очистки. Сухая губка просто сгорит.

Всегда рекомендуется надевать защитные очки при пайке. Горячие кусочки расплавленного припоя иногда отлетают, и обожжённый кусок металла в глаз испортит даже самый оптимистичный день.

Начнём с резистора R1 в вашем наборе, который имеет жёлтую, фиолетовую, коричневую и золотую полосы (о том, что означают эти цветные полосы, позже).

Согните выводы резистора под углом 90^o примерно в 1.5 мм от корпуса резистора.

Вставьте выводы резистора в отверстия по обе стороны от прямоугольника, обозначенного R1 на плате.

Резисторы не требуют установки в определённой ориентации. Любой вывод может быть вставлен в любое отверстие.

Переверните плату так, чтобы медные дорожки были сверху, а выводы резистора направлены вверх, как показано на второй фотографии.

Вы также можете слегка развести выводы наружу, чтобы зафиксировать резистор на месте, но это не обязательно. Согласно рекомендациям NASA, допустим любой угол до 30° вниз от вертикали.

Вы, должно быть, уже хотите начать работу с расплавленным припоем; однако сначала нужно подготовить жало паяльника.

Теперь, когда жало паяльника горячее, очистите его, расплавив небольшое количество припоя прямо на жале и вытерев его о влажную губку.

Расплавьте ещё небольшую каплю припоя на жале паяльника, но не вытирайте её. Это называется залуживанием жала и улучшит теплопроводность, позволяя паять быстрее и эффективнее.

Регулярная очистка и залуживание жала паяльника в процессе работы приведут к лучшим паяным соединениям и увеличат срок службы жала.

Вот он: момент истины. Пора расплавить припой и получить хорошее соединение.

Приложите жало паяльника к двум частям, которые нужно соединить. В данном случае это вывод резистора и медная дорожка на плате.

Прикасайтесь припоем к месту соединения, чтобы расплавить его на шов. Не держите припоем более одной-двух секунд.

Быстро, но не суетливо, отведите одновременно паяльник и припой от шва.

Ваш паяный шов должен быть блестящим и коническим и не выходить за пределы медной дорожки.

Используйте тот же метод, чтобы припая��ь второй вывод резистора к плате.

После пайки шва, если вы собираетесь отложить паяльник, обязательно поместите его обратно в подставку, чтобы не обжечь себя или окружающие предметы.

Обрежьте излишки выводов резистора кусачками. Стандарты качества NASA указывают, что допустимая длина — до 2.29 мм.

Мы все делаем ошибки, особенно при освоении нового. Пайка не исключение, поэтому вот что делать, если один из ваших паяных швов получился неидеальным.

Разложите ленту для удаления припоя поверх проблемного припоя. Прижмите жало паяльника плотно к ленте. Это нагреет и припой, и ленту.

Не держите ленту близко к точке пайки во время использования — она сильно нагревается и может обжечь вас.

Будьте осторожны, чтобы не класть ленту для удаления припоя на стекловолоконную плату. При нагреве лента может оставить следы на плате.

Припой должен перейти с шва на ленту. После того как припой перейдёт в ленту, удалите её вместе с паяльником с платы. У вас должен остаться чистый контакт для повторной пайки. Отрежьте использованный конец ленты кусачками.

Итак, что такое резисторы и почему они важны? Резисторы — это элементы схемы, используемые для управления силой тока. Чем больше сопротивление резистора (измеряется в омах, Ω), тем меньше тока он пропускает.

Цветные полосы на резисторе — ключ к определению сопротивления конкретного резистора. Таблица цветовой маркировки резисторов будет полезна здесь.

Если на вашем резисторе четыре полосы, первая полоса, которую нужно найти, — это красная, золотая или серебряная полоса на одном из утолщённых концов; они называются полосами допуска. Поскольку на наших резисторах золотые полосы, мы знаем, что фактическое сопротивление находится в пределах ±5% от номинального значения.

Следующий шаг — определить номинальное значение вашего резистора. Начиная с противоположной стороны от полосы допуска и двигаясь слева направо, вы увидите три цветные полосы. Первые две цветные полосы соответствуют числу (0–9), а третья полоса — множитель, который соответствует определённой степени 10.

Смотрев на верхний резистор, мы видим жёлтую, фиолетовую и красную полосы. Обращение к таблице цветовой маркировки резисторов показывает, что они соответствуют 4, 7 и 100 соответственно, что даёт нам номинальное сопротивление 4 700 Ω.

Можете ли вы определить сопротивление нижнего резистора?

Установите три оставшихся резистора 470 Ω (жёлтый/фиолетовый/коричневый) в клеммы, отмеченные R2, R3 и R4.

Достаньте из набора два резистора жёлтый/фиолетовый/красный.

Обращение к нашей таблице цветовой маркировки резисторов показывает, что эти резисторы имеют сопротивление 4 700 Ω.

Установите эти два резистора в клеммы R5 и R6 на плате.

Найдите один резистор жёлтый/фиолетовый/чёрный.

Попробуйте самостоятельно определить номинальное сопротивление, прежде чем мы скажем вам, что это 47 Ω.

Установите этот резистор в клемму, отмеченную R7 на плате.

Пощупайте в наборе немного дальше — вы найдёте новые и интересные компоненты с длинными выводами.

Это диоды — «односторонние» знаки схемы. Их задача — обеспечить прохождение тока только в прямом направлении, от анода к катоду, блокируя обратное направление. Ток входит в анод (положительный вывод) и выходит из катода (отрицательный вывод).

Поскольку они пропускают ток только в одном направлении, важно устанавливать диоды с правильной полярностью. Полоска на диоде обозначает, какая сторона является катодом.

Согните выводы малого красного диода и вставьте их в клемму, отмеченную D1.

Убедитесь, что катод (обозначенный небольшой чёрной полосой) совпадает с белой полосой слева от надписи D1 на плате.

Используйте тот же метод пайки, что и при пайке резисторов, чтобы установить диод.

Установите больший чёрный диод в клемму, отмеченную D2.

Не забудьте совместить серый конец диода с той стороной клеммы, которая отмечена для катода.

Ни одна игра не считается игрой, пока в ней нет кнопок, поэтому установим их на плату.

Вставьте выводы четырёх кнопок в места, отмеченные SW1 — SW4.

Ориентация кнопок не имеет значения, если выводы правильно расположены в отверстиях.

Припаяйте каждый вывод каждой кнопки.

Техника пайки кнопок точно такая же, как пайка резисторов и диодов, за исключением того, что после пайки не нужно обрезать лишние выводы.

Далее вы установите панельку для микросхемы, также известную как панелька процессора. Панельки используют механическое соединение для подключения процессора к печатной плате. Эти панельки позволяют при необходимости легко заменить процессор без риска повреждения, связанного с пайкой процессоров непосредственно на плату.

Протолкните восемь выводов панельки через отверстия в прямоугольнике, помеченном IC1. Убедитесь, что полукруг на верхней части панельки совпадает с полукругом, напечатанным на краю прямоугольника на плате.

Переверните плату и припаяйте восемь выводов панельки к плате. Аналогично пайке кнопок, нет необходимости обрезать излишки выводов.

Следующий компонент, который мы установим, — жёлтый конденсатор. Конденсаторы хранят электрический заряд и помогают, когда схеме нужен быстрый выброс энергии, чтобы зажечь свет или издать сигнал.

Конденсаторы измеряются (в фарадах) как отношение электрического заряда на каждом проводнике к разности потенциалов между ними. Этот конденсатор — 1 µF.

Установите конденсатор в клемму рядом с панелькой, помеченную C1. Пайка выводов конденсатора выполняется по той же технологии сквозных отверстий, что и ранее.

Убедитесь, что печатные маркировки на конденсаторе обращены от панельки, чтобы их можно было прочитать.

Следующими компонентами для установки являются светодиоды. Светоизлучающие диоды используются во всевозможной электронике для обеспечения яркого разноцветного освещения.

Обратите внимание, что два вывода имеют разную длину. Поскольку светодиод — это диод, он пропускает ток только в одном направлении, поэтому важно установить правильный вывод в правильное отверстие.

Четыре светодиода устанавливаются в каждую из четырёх клемм, отмеченных LD1 до LD4.

При установке светодиодов вставьте более короткий из двух выводов в отверстие рядом с плоской частью печатного круга.

Припаяйте каждый светодиод к плате и обрежьте излишки каждого вывода.

Ещё один интересный электронный компонент! Как завораживает!

Транзисторы используются для усиления и/или переключения электрических сигналов. Это означает, что они могут либо увеличивать входное напряжение, либо использоваться как электронные выключатели.

Важно при установке транзистора припаять каждый вывод в правильное место, поскольку у каждого вывода разное назначение.

Один используется как источник тока.

Один используется как затвор.

Один используется как выходной ток.

Найдите полукруг с обозначением T1 и вставьте три вывода через отверстия.

Убедитесь, что вы совместили плоскую часть транзистора с плоским краем полукруга на плате. Два крайних вывода входят в отверстия по концам плоской части рисунка. Средний вывод нужно будет согнуть так, чтобы он прошёл через отверстие, ближайшее к T1.

Припаяйте три вывода к плате и обрежьте излишки выводов.

Очевидно, вашему паяльному творению нужен отличный звуковой модуль ... или этот динамик. Почти то, верно?

Обратите внимание на + на лицевой стороне динамика. При установке динамика обязательно совместите этот + с + на печатной плате.

Вставьте выводы через отверстия, расположенные в круге с маркировкой LS, убедившись в совпадении положительных клемм.

Припаяйте два вывода динамика к плате.

Несмотря на то, что выводы не слишком длинные, после пайки их потребуется обрезать.

Бонус! Вы думали, что учитесь только пайке сквозных отверстий, но в комплекте с этим набором идёт вводная часть по пайке поверхностного монтажа. Пайка поверхностного монтажа часто используется для крепления батарей на печатных платах в некоторых устройствах, например в iPod.

Установите жалом паяльника на большую медную отрицательную контактную площадку. Это позволит теплу проводить через контактную площадку, облегчая пайку.

Прикасаясь припоем к жалу паяльника, продолжайте подавать припой, пока на медной площадке не образуется гладкий выпуклый шарик припоя.

Если припой ложится не очень гладко, вы всегда можете расплавить его снова или добавить ещё припоя.

Повторите этот процесс для положительной контактной площадки.

В результате у вас должно получиться два длинных, гладких, выпуклых шарика припоя.

Нет, вас не обманули; эти два вывода не должны иметь компонентов посередине.

Чтобы припаять выводы батареи к плате, установите жалом паяльника на припой на положительной площадке.

Когда припой снова начнёт плавиться, быстро вставьте конец вывода в расплавленный припой так, чтобы вывод свисал с торца платы, как показано.

Выводы нагреются и могут обжечься, если держать их рядом с паяльником более нескольких секунд.

Уберите паяльник и дайте припою остыть вокруг вывода.

Вы можете снова расплавить припой или добавить больше припоя, если у вас не получилось с первого раза.

Повторите процедуру пайки поверхностного монтажа для отрицательного вывода батареи. Убедитесь, что вывод установлен так, чтобы излишек провода свисал с противоположной стороны, а не со стороны положительного вывода.

Теперь, когда вы установили «усы» на вашу плату, пора погладить её и купить когтеточку. Подождите, это не совсем то...

Вставьте два винта с крестообразной шлицем через отверстия в нижней части отсека для батарей.

Положите два пальца одной руки на головки винтов.

Держа пальцы на головках винтов, захватите отсек для батарей большим пальцем и переверните его. Резьба винтов должна выступать из верхней стороны отсека для батарей.

Свободной рукой наденьте по одному металлическому распорному втулке на резьбу каждого винта.

Продолжая удерживать винты на месте, положите печатную плату поверх отсека для батареек так, чтобы два винта прошли через отверстия по обе стороны динамика.

Убедитесь, что верхняя часть печатной платы (часть с надписью Brain Game) совпадает по направлению с той стороной отсека для батареек, где снаружи расположены три металлические кольца, а не два.

Навинтите два гайки на винты отсека для батареек вручную.

Наденьте головку или трещотку на 5,5 мм на одну из гаек винтов отсека для батареек.

Переверните печатную плату.

Держите головку на месте одной рукой и затяните винт отсека для батареек крестовой отверткой Phillips #2.

Повторите ту же процедуру, чтобы затянуть второй винт отсека для батареек.

Используйте лопатку, чтобы приподнять металлические кольца на клеммах батарейки так, чтобы они стали перпендикулярны клеммам батареи.

Эти кольца должны находиться с того же конца, что и выводы поверхностного монтажа. Если они на противоположных концах, плата установлена задом наперёд — вам нужно будет открутить гайки, повернуть плату на 180°, снова установить гайки и затянуть два винта.

Используйте бокорезы, чтобы удалить примерно дюйм вывода положительной клеммы поверхностного монтажа.

Согните вывод и пропустите его через кольцевую клемму положительной батареи в отсеке.

Используя навыки пайки отверстий, припаяйте вывод к клемме батареи.

Отрежьте излишек вывода.

Повторите ту же процедуру для вывода отрицательной клеммы батареи.

Оба вывода могут иметь любую длину или форму, но они не должны соприкасаться друг с другом или с другими компонентами.

Последним компонентом, устанавливаемым на печатную плату, является центральный процессор, или ЦПУ — «мозг» Brain Game.

На одном конце ЦПУ имеется небольшая выемка. При установке ЦПУ убедитесь, что эта выемка совпадает с вырезом в панцире микросхемы.

Установите ЦПУ, нажав восемь выводов в соответствующие отверстия панцири микросхемы.

Поздравляем, вы завершили набор по пайке компонентов в отверстия уровня 1!

Установите три батарейки AA в отсек для батареек.

При вставке последней батарейки четыре светодиода должны начать мигать по часовой стрелке. Поздравляем, вы справились!

Чтобы играть, выполните следующие действия:

Извлеките одну из батареек. Затем вставьте её обратно, удерживая кнопку Level 2 для игры без звука или кнопку Level 1 для игры со звуком. Отпустите кнопку через пару секунд после вставки батарейки. Устройство в конечном итоге само выключится. Чтобы разбудить его для игры, нажмите либо кнопку Level 1 для игры со звуком, либо кнопку Level 2 для игры без звука.

Когда светодиоды будут мигать по часовой стрелке, нажмите одну из четырёх кнопок, чтобы выбрать уровень сложности (указан над или под кнопками).

После выбора уровня игра начинается. Это типичная игра-на-память наподобие «Саймона». Светодиоды будут мигать одним огнем, после чего вы должны нажать соответствующую кнопку. Затем загорится две светодиода, и вы должны нажать эти две кнопки в порядке.

Игра продолжается, пока вы не ошибётесь в последовательности или не будете слишком долго ждать ответа.

Удачи! И обязательно поделитесь своими рекордами в разделе Истории.