Точечное монтажное соединение электронных схем

Введение

Создание электронной схемы путем прямого соединения выводов компонентов.

В электронике монтаж «точка-точка» — это неавтоматизированная техника построения схем, которая широко использовалась до появления печатных плат (PCB) и постепенного распространения автоматизированной сборки после их внедрения в 1950-х годах. Схемы с использованием электронных ламп (вакуумных трубок) были относительно большими, относительно простыми (количество крупных, горячих, дорогих устройств, нуждающихся в замене, было сведено к минимуму) и использовали большие цоколи, что делало применение печатных плат менее очевидным преимуществом по сравнению с более поздними сложными полупроводниковыми схемами. Монтаж «точка-точка» до сих пор широко распространен в силовой электронике, где компоненты громоздки и важна ремонтопригодность, а также для создания прототипов оборудования с небольшим количеством или крупными электронными компонентами. Распространенной практикой, особенно в старых схемах, является использование выводов компонентов, таких как резисторы и конденсаторы, для перекрытия максимально возможного расстояния между соединениями, что снижает необходимость добавления дополнительной проводки между компонентами. До монтажа «точка-точка» в электрических сборках использовались винты или клеммные колодки для крепления проводов к изолирующей деревянной или керамической плате. Полученные устройства были склонны к выходу из строя из-за коррозии контактов или механического ослабления соединений. В ранних высококачественных судовых радиостанциях, особенно производства Marconi, иногда использовалась сварная медь в шинных соединениях, но это было дорого. Ключевым изобретением стало применение пайки к электрическим сборкам. При пайке сплав олова и свинца (и/или других металлов), известный как припой, расплавляется и прилипает к другим, нерасплавленным металлам, таким как медь или луженая сталь. Припой обеспечивает прочное электрическое и механическое соединение. Монтаж «точка-точка» не подходит для автоматизированной сборки (хотя см. метод обмотки проводов, который является аналогичным), и выполняется вручную, что делает его более дорогим и более подверженным ошибкам проводки, чем печатные платы, поскольку соединения определяются сборщиком, а не травленым рисунком на плате. Для серийного производства, а не прототипирования, ошибки можно минимизировать путем разработки четких рабочих процедур. Промежуточной формой монтажа являются клеммные колодки (иногда называемые «таг-бордами»), перфорированные платы или турельные платы. Важно отметить, что если компоненты расположены на платах с контактами, глазками или турелями на обоих концах и проводами, идущими к следующим компонентам, то конструкция правильно называется монтажом на контактах, глазках или турелях, соответственно, поскольку компоненты не соединяются непосредственно «точка-точка». Хотя монтаж «шнуровой древесиной» может быть выполнен аналогичным образом, высокая плотность компоновки означает, что расположение компонентов обычно фиксируется подложкой, в которую они вставляются.

In electronics, point to point construction is a non automated technique for constructing circuits which was widely used before the use of printed circuit boards (PCBs) and automated assembly gradually became widespread following their introduction in the 1950s. Circuits using thermionic valves (vacuum tubes) were relatively large, relatively simple (the number of large, hot, expensive devices which needed replacing was minimised), and used large sockets, all of which made the PCB less obviously advantageous than with later complex semiconductor circuits. Point to point construction is still widespread in power electronics, where components are bulky and serviceability is a consideration, and to construct prototype equipment with few or heavy electronic components. A common practice, especially in older point to point construction, is to use the leads of components such as resistors and capacitors to bridge as much of the distance between connections as possible, reducing the need to add additional wire between the components. Before point to point connection, electrical assemblies used screws or wire nuts to hold wires to an insulating wooden or ceramic board. The resulting devices were prone to fail from corroded contacts, or mechanical loosening of the connections. Early premium marine radios, especially from Marconi, sometimes used welded copper in the bus bar circuits, but this was expensive. The crucial invention was to apply soldering to electrical assembly. In soldering, an alloy of tin and lead (and/or other metals), known as solder, is melted and adheres to other, nonmolten metals, such as copper or tinned steel. Solder makes a strong electrical and mechanical connection. Point to point wiring is not suitable for automated assembly (though see wire wrap, a similar method that is) and is carried out manually, making it both more expensive and more susceptible to wiring errors than PCBs, as connections are determined by the person doing assembly rather than by an etched circuit board. For production, rather than prototyping, errors can be minimised by carefully designed operating procedures. An intermediate form of construction uses terminal strips (sometimes called "tag boards"), eyelet boards or turret boards. Note that if components are arranged on boards with tags, eyelets or turrets at both ends and wires going to the next components, then the construction is correctly called tag, eyelet or turret construction respectively, as the components are not going from point to point. Although cordwood construction can be wired in a similar way the density means that component placement is usually fixed by a substrate that components are inserted into.

Строительство терминальной полосы

Конструкция на терминальных полосах, которую часто называют монтажом от точки к точке в среде разработчиков гитарных усилителей, использует терминальные полосы (также называемые "таг-бордами"). Терминальная полоса имеет штампованные луженые медные контакты, каждый с отверстием, в которое можно продеть концы проводов, закрепленные на изолирующей полосе, обычно изготовленной из недорогого, термостойкого материала, такого как бумага, пропитанная синтетической смолой (FR 2), или бакелита, армированного хлопком. Изолятор имеет встроенный монтажный кронштейн, иногда электрически соединенный с одной или несколькими штампованными петлями для заземления на шасси. Шасси сначала изготавливалось из листового металла или дерева. Затем изолированные терминальные полосы приклепывались, прибивались или привинчивались к нижней или внутренней стороне шасси. Трансформаторы, большие конденсаторы, цоколи ламп и другие крупные компоненты монтировались на верхней части шасси. Их провода выводились через отверстия на нижнюю или внутреннюю сторону. Концы проводов или выводов компонентов, таких как конденсаторы и резисторы, продевались в контакты и обычно закручивались и скручивались. Когда все провода, подлежащие подключению к контакту, были установлены, они припаивались друг к другу (и к контакту). Профессиональные сборщики электроники работали по альбомам с фотографиями и следовали точной последовательности сборки, чтобы убедиться, что они не пропустили ни одного компонента. Этот процесс трудоемок, подвержен ошибкам и не подходит для автоматизированного производства. Даже после появления печатных плат он не требовал проектирования и изготовления плат. Монтаж от точки к точке и на терминальных полосах продолжал использоваться для некоторых ламповых устройств даже после появления печатных плат. Тепло от ламп может разрушать печатные платы, делая их хрупкими и приводя к поломкам. Деградация печатных плат часто наблюдается в недорогих ламповых радиоприемниках, выпущенных в 1960-х годах, особенно вокруг горячих выходных и выпрямительных ламп. Американский производитель Zenith продолжал использовать монтаж от точки к точке в своих ламповых телевизорах до начала 1970-х годов. Некоторые аудиофильские устройства, такие как усилители, по-прежнему соединяются между собой с помощью контактов, часто в очень небольших количествах. В этом случае современный монтаж от точки к точке часто используется как дизайнерская особенность, а не из-за экономической целесообразности мелкосерийного производства. Иногда используется настоящий монтаж от точки к точке — без терминальных полос — с очень короткими соединениями, особенно на очень высоких радиочастотах (в диапазоне гигагерц), чтобы минимизировать паразитные емкости и индуктивности; емкость между проводником печатной платы и другим проводником, а также индуктивность короткого участка становятся значительными или доминирующими на высоких частотах. В некоторых случаях достаточно тщательной компоновки печатной платы на подложке с хорошими высокочастотными характеристиками (например, керамике). Пример такой конструкции приведен в примечании к применению, описывающем генератор импульсов на основе лавинного транзистора с временем нарастания доли наносекунды; (несколько) критических компонентов подключены непосредственно друг к другу и к выходному разъему с помощью максимально коротких проводов. Особенно в сложном оборудовании проводные схемы часто компонуются в виде "лестницы" из расположенных рядом компонентов, которые необходимо соединять с лестницами или компонентами с помощью перемычек. Хорошая компоновка минимизирует количество таких перемычек и сложность проводки, часто приближаясь к прямому монтажу от точки к точке. Среди сложных устройств выделяются предварительные осциллографы Tektronix на вакуумных лампах с очень хорошо спроектированным монтажом от точки к точке. Если паразитные эффекты значительны, монтаж от точки к точке и на терминальных полосах имеет переменные паразитные компоненты, в то время как индуктивность и емкость, обусловленные печатной платой, одинаковы для всех образцов и могут быть надежно компенсированы, что может быть важно для некоторых радиочастотных схем. В некоторых сильно оптимизированных высокочастотных конструкциях схему можно настроить, изгибая провода. Размещение собранного устройства в корпусе защищает схему от окружающей среды и пользователей от поражения электрическим током. Несколько крупных брендов по-прежнему используют терминальные полосы для монтажа от точки к точке, но обычно для специальных линеек продуктов. Производитель гитарных усилителей Marshall переиздал некоторые из своих старых моделей, используя этот тип конструкции в качестве дизайнерской особенности, хотя в своих стандартных продуктах они давно используют печатные платы. Оборудование на электронных лампах обычно не имеет ламп, установленных на печатной плате, чтобы избежать повреждений от тепла, но вместо этого использует печатные платы для проводки, обеспечивая экономию массового производства печатных плат без повреждений от тепла.

Terminal strip construction, which is often referred to as point to point construction within the tube guitar amplifier community, uses terminal strips (also called "tag boards"). A terminal strip has stamped tin plated copper terminals, each with a hole through which wire ends could be pushed, fitted on an insulating strip, usually made of a cheap, heat resistant material such as synthetic resin bonded paper (FR 2), or bakelite reinforced with cotton. The insulator has an integral mounting bracket, sometimes electrically connected to one or more of the stamped loops to ground them to the chassis. The chassis was constructed first, from sheet metal or wood. Insulated terminal strips were then riveted, nailed or screwed to the underside or interior of the chassis. Transformers, large capacitors, tube sockets and other large components were mounted to the top of the chassis. Their wires were led through holes to the underside or interior. The ends of lengths of wire or wire ended components such as capacitors and resistors were pushed through the terminals, and usually looped and twisted. When all wires to be connected had been fitted to the terminal, they were soldered together (and to the terminal). Professional electronics assemblers used to operate from books of photographs and follow an exact assembly sequence to ensure that they did not miss any components. This process is labor intensive, subject to error and not suitable for automated production. Even after the introduction of printed circuit boards, it did not require laying out and manufacturing circuit boards. Point to point and terminal strip construction continued to be used for some vacuum tube equipment even after the introduction of printed circuit boards. The heat of the tubes can degrade the circuit boards and cause them to become brittle and break. Circuit board degradation is often seen on inexpensive tube radios produced in the 1960s, especially around the hot output and rectifier tubes. American manufacturer Zenith continued to use point to point wiring in its tube based television sets until the early 1970s. Some audiophile equipment, such as amplifiers, continues to be point to point wired using terminal pins, often in very small quantities. In this application modern point to point wiring is often used as a marketing design feature rather than a result of the economics of very small scale production. Sometimes true point to point wiring—without terminal strips—with very short connections, is still used at very high radio frequencies (in the gigahertz range) to minimise stray capacitance and inductance; the capacitance between a circuit board trace and some other conductor, and the inductance of a short track, become significant or dominant at high frequencies. In some cases careful PCB layout on a substrate with good high frequency properties (e. g., ceramic) is sufficient. An example of this design is illustrated in an application note describing an avalanche transistor based generator of pulses with risetime of a fraction of a nanosecond; the (few) critical components are connected directly to each other and to the output connector with the shortest possible leads. Particularly in complex equipment, wired circuits are often laid out as a "ladder" of side by side components, which need connecting to ladders or components by wire links. A good layout minimizes such links and wiring complexity, often approaching that of direct point to point. Amongst complex devices, the pre PCB Tektronix vacuum tube oscilloscopes stand out for their very well designed point to point wiring. If parasitic effects are significant, point to point and terminal strip wiring have variable parasitic components, while the inductance and capacitance due to a PCB are the same for all samples and can be compensated for reliably which may be essential for some RF circuits. In some heavily optimised point to point RF constructions the circuit can be tuned by bending wires around. Placing the completed unit in an enclosure protects the circuit from its environment, and users from electrical hazards. A few large brand names still use terminal strip type point to point boards, but usually for special product lines. Electric guitar amplifier manufacturer Marshall have reissued some of their older models, using this type of construction as a design feature, although their standard products have long used PCBs. Thermionic valve equipment usually does not have the valves mounted on the PCB in order to avoid heat damage, but instead use PCBs for the wiring, achieving the economy of mass produced PCBs without the heat damage.

Хлебная доска

Прототипы, подлежащие модификации, часто не изготавливаются на печатных платах, а вместо этого используются макетные платы. Исторически это могла быть буквально макетная доска – деревянная плата с прикреплёнными к ней компонентами и соединёнными проволокой. В последнее время этот термин применяется к плате из тонкого изолирующего материала с отверстиями с типовым шагом 0,1 дюйма; компоненты вставляются в отверстия для фиксации, а соединения выполняются проводниками на обратной стороне платы. Специализированные макетные платы имеют такую структуру, но под сеткой отверстий расположены полоски металлических пружинных контактов, обеспечивающих электрическое соединение при вставке компонентов, подобно съёмному разъёму. Определённые участки контактов, расположенные в прямой линии, электрически соединены между собой, обычно группами по 5-10 контактов в ряду, при этом могут чередоваться столбцы, проходящие по всей высоте платы и предназначенные для наиболее часто используемых соединений (например, шин питания). Такие макетные платы и платы с полосками занимают промежуточное положение между печатными платами и соединением «точка-точка»: они не требуют разработки и изготовления печатной платы и так же легко модифицируются, как схема, выполненная соединением «точка-точка».

Стрипборд

Стрипборд – это плата с отверстиями, расположенными в квадратной сетке, обычно с шагом 0,1 дюйма; все отверстия в прямой линии соединены медной полосой, как на печатной плате. Компоненты вставляются со стороны, где нет полос, и припаиваются. Полосы можно разделить, удалив участок меди; для этого существуют специальные резаки для стрипборда, представляющие собой, по сути, сверло с ручкой, которое вращается по отверстиям в плате.

Конструкция "мертвого жука"

Конструкция свободной формы может использоваться в тех случаях, когда изготовление печатной платы будет слишком сложным или дорогим для небольшого количества компонентов. Существует несколько методов реализации. На одном конце спектра можно использовать монтажный инструмент для проводников и перфорированную плату, что позволяет получить аккуратный и профессиональный результат. На другом конце – стиль "мертвый жук", при котором интегральные схемы переворачиваются вверх ногами, а их выводы торчат в воздух, напоминая мертвое насекомое. Выводы компонентов обычно припаиваются непосредственно к другим компонентам, где это возможно, и многие небольшие схемы обходятся без дополнительных проводов. Несмотря на неаккуратный внешний вид, конструкция свободной формы позволяет создавать более компактные схемы, чем другие методы. Она часто используется в робототехнике BEAM и в радиочастотных схемах, где необходимо минимизировать длину выводов компонентов. Этот метод применяют радиолюбители для создания уникальных схем, а также профессионалы для разработки схем, особенно на высоких частотах.