Punkt-zu-Punkt-Konstruktion - Point-to-point construction
Die Punkt-zu-Punkt-Konstruktion ist eine nicht automatisierte Konstruktionsmethode für elektronische Schaltungen, die weit verbreitet war, bevor die Verwendung von Leiterplatten (PCBs) und die automatisierte Bestückung nach ihrer Einführung in den 1950er Jahren allmählich weit verbreitet wurden. Schaltungen mit thermionischen Ventilen (Vakuumröhren) waren relativ groß, relativ einfach (die Anzahl der großen, heißen und teuren Geräte, die ausgetauscht werden mussten, wurde minimiert) und verwendeten große Sockel, was die Leiterplatte weniger offensichtlich vorteilhaft machte als bei späteren komplexen Halbleitern Schaltungen. Die Punkt-zu-Punkt-Konstruktion ist in der Leistungselektronik immer noch weit verbreitet, wo die Komponenten sperrig sind und die Wartungsfreundlichkeit eine Rolle spielt, und um Prototypen mit wenigen oder schweren elektronischen Komponenten zu konstruieren . Eine gängige Praxis, insbesondere bei älteren Punkt-zu-Punkt-Konstruktionen, besteht darin, die Leitungen von Komponenten wie Widerständen und Kondensatoren zu verwenden, um den Abstand zwischen den Verbindungen so weit wie möglich zu überbrücken, wodurch die Notwendigkeit verringert wird, zusätzliche Drähte zwischen den Komponenten hinzuzufügen.
Vor der Punkt-zu-Punkt-Verbindung verwendeten elektrische Baugruppen Schrauben oder Drahtmuttern, um Drähte an einer isolierenden Holz- oder Keramikplatte zu befestigen. Die resultierenden Geräte waren anfällig für korrodierte Kontakte oder mechanisches Lösen der Verbindungen. Frühe Premium-Seefunkgeräte, insbesondere von Marconi , verwendeten manchmal geschweißtes Kupfer in den Stromschienenkreisen, aber das war teuer. Die entscheidende Erfindung bestand darin, das Löten auf die elektrische Montage anzuwenden . Beim Löten wird eine als Lot bekannte Legierung aus Zinn und Blei (und/oder anderen Metallen) geschmolzen und haftet an anderen, nicht geschmolzenen Metallen wie Kupfer oder verzinntem Stahl . Lot stellt eine starke elektrische und mechanische Verbindung her.
Die Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung ist nicht für die automatisierte Bestückung geeignet (siehe jedoch Wire Wrap , ein ähnliches Verfahren) und wird manuell ausgeführt, was sie sowohl teurer als auch anfälliger für Verdrahtungsfehler macht als Leiterplatten, da die Verbindungen durch die Person, die die Montage durchführt, und nicht durch eine geätzte Leiterplatte. Bei der Produktion, anstatt beim Prototyping, können Fehler durch sorgfältig entworfene Betriebsabläufe minimiert werden .
Eine Zwischenbauweise verwendet Klemmleisten (manchmal auch "Tagboards" genannt), Ösenboards oder Revolverboards . Beachten Sie, dass, wenn Komponenten auf Platinen mit Tags, Ösen oder Revolvern an beiden Enden und Drähten zu den nächsten Komponenten angeordnet sind, die Konstruktion korrekt als Tag-, Ösen- oder Revolverkonstruktion bezeichnet wird, da die Komponenten nicht von Punkt zu Punkt gehen. Obwohl Cordwood-Konstruktionen auf ähnliche Weise verdrahtet werden können, bedeutet die Dichte, dass die Komponentenplatzierung normalerweise durch ein Substrat fixiert wird, in das die Komponenten eingesetzt werden.
Klemmleistenkonstruktion
Die Klemmleistenkonstruktion, die in der Röhrengitarrenverstärker-Community oft als Punkt-zu-Punkt-Konstruktion bezeichnet wird, verwendet Klemmleisten (auch "Tag-Boards" genannt). Eine Klemmleiste hat gestanzte verzinnte Kupferklemmen mit jeweils einem Loch zum Durchstecken von Drahtenden, montiert auf einem Isolierstreifen , der normalerweise aus einem billigen, hitzebeständigen Material wie kunstharzgebundenem Papier ( FR-2 .) besteht ) oder mit Baumwolle verstärktem Bakelit . Der Isolator hat eine integrierte Montagehalterung, die manchmal elektrisch mit einer oder mehreren der gestanzten Schleifen verbunden ist, um sie am Chassis zu erden.
Das Chassis wurde zuerst aus Blech oder Holz konstruiert . Anschließend wurden isolierte Klemmleisten an die Unterseite bzw. das Innere des Chassis genietet , genagelt oder geschraubt . Transformatoren , Großkondensatoren , Röhrenfassungen und andere Großkomponenten wurden oben auf dem Chassis montiert. Ihre Drähte wurden durch Löcher zur Unterseite oder ins Innere geführt. Die Enden von Drahtlängen oder Komponenten mit Drahtenden, wie Kondensatoren und Widerständen, wurden durch die Anschlüsse geschoben und normalerweise geschlungen und verdrillt. Nachdem alle anzuschließenden Drähte an der Klemme angebracht waren, wurden sie zusammen (und an die Klemme) gelötet.
Professionelle Elektronik - Montierer verwendet von Bücher von betreiben Fotos und eine genaue Montagereihenfolge folgen , um sicherzustellen , dass sie keine Komponenten sehen haben. Dieser Prozess ist arbeits -intensive, Irrtum und nicht geeignet für die automatisierte Produktion. Auch nach der Einführung der Leiterplatten mussten keine Leiterplatten ausgelegt und hergestellt werden.
Punkt-zu-Punkt- und Klemmleistenkonstruktionen wurden auch nach der Einführung von Leiterplatten für einige Vakuumröhrengeräte weiter verwendet. Durch die Hitze der Rohre können die Leiterplatten angegriffen und spröde werden und brechen. Bei billigen Röhrenradios, die in den 1960er Jahren hergestellt wurden, wird häufig eine Verschlechterung der Leiterplatte beobachtet, insbesondere im Bereich der heißen Ausgangs- und Gleichrichterröhren. Bis Anfang der 1970er Jahre setzte der amerikanische Hersteller Zenith bei seinen röhrenbasierten Fernsehgeräten weiterhin Punkt-zu-Punkt-Verkabelung ein.
Einige audiophile Geräte, wie Verstärker, werden weiterhin Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung mit Anschlussstiften, oft in sehr kleinen Mengen, durchgeführt. In dieser Anwendung wird moderne Punkt-zu-Punkt-Verkabelung oft als Marketing- Design-Merkmal und nicht als Ergebnis der Wirtschaftlichkeit der Kleinstserienproduktion verwendet.
Manchmal wird bei sehr hohen Funkfrequenzen (im Gigahertz- Bereich) eine echte Punkt-zu-Punkt-Verkabelung – ohne Klemmleisten – mit sehr kurzen Verbindungen verwendet, um Streukapazität und Induktivität zu minimieren ; die Kapazität zwischen einer Leiterbahn einer Leiterplatte und einem anderen Leiter und die Induktivität einer kurzen Leiterbahn werden bei hohen Frequenzen signifikant oder dominant. In manchen Fällen ist ein sorgfältiges PCB-Layout auf einem Substrat mit guten Hochfrequenzeigenschaften (zB Keramik) ausreichend. Ein Beispiel für dieses Design ist in einer Anwendungsnotiz dargestellt, die einen auf einem Lawinentransistor basierenden Impulsgenerator mit einer Anstiegszeit von einem Bruchteil einer Nanosekunde beschreibt; die (wenigen) kritischen Komponenten werden mit möglichst kurzen Leitungen direkt miteinander und mit dem Ausgangsstecker verbunden.
Besonders in komplexen Geräten werden verdrahtete Schaltkreise oft als "Leiter" von nebeneinander angeordneten Komponenten ausgelegt, die durch Drahtbrücken mit Leitern oder Komponenten verbunden werden müssen. Ein gutes Layout minimiert solche Verbindungen und Verdrahtungskomplexität und nähert sich oft der eines direkten Punkt-zu-Punkt-Anschlusses. Unter den komplexen Geräten zeichnen sich die Vakuumröhren- Oszilloskope von Tektronix vor der Leiterplatte durch ihre sehr gut durchdachte Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung aus.
Bei signifikanten parasitären Effekten weisen Punkt-zu-Punkt- und Klemmleistenverdrahtung variable parasitäre Komponenten auf, während Induktivität und Kapazität aufgrund einer Leiterplatte für alle Proben gleich sind und zuverlässig kompensiert werden können, was für einige HF-Schaltungen unerlässlich sein kann. Bei einigen stark optimierten Punkt-zu-Punkt-HF-Konstruktionen kann die Schaltung durch Herumbiegen von Drähten abgestimmt werden.
Das Platzieren der fertigen Einheit in einem Gehäuse schützt den Stromkreis vor seiner Umgebung und die Benutzer vor elektrischen Gefahren.
Einige große Markennamen verwenden immer noch Punkt-zu-Punkt-Platinen in Klemmenleistenform, jedoch meist für spezielle Produktlinien. Der Hersteller von E- Gitarrenverstärkern Marshall hat einige seiner älteren Modelle neu aufgelegt und diese Art der Konstruktion als Designmerkmal verwendet, obwohl seine Standardprodukte seit langem PCBs verwenden. Bei Geräten mit thermionischen Ventilen sind die Ventile normalerweise nicht auf der Leiterplatte montiert, um Hitzeschäden zu vermeiden, sondern verwenden stattdessen Leiterplatten für die Verdrahtung, wodurch die Wirtschaftlichkeit von massenproduzierten Leiterplatten ohne Hitzeschäden erreicht wird.
Steckbrett
Prototypen, die Modifikationen unterliegen, werden oft nicht auf Leiterplatten hergestellt, sondern in Breadboard- Bauweise. Historisch könnte dies buchstäblich ein Steckbrett sein, ein Holzbrett mit daran befestigten und mit Draht verbundenen Komponenten. In jüngerer Zeit wird der Begriff auf eine Platte aus dünnem Isoliermaterial mit Löchern im Standardabstand von 0,1 Zoll angewendet; Komponenten werden durch die Löcher geschoben, um sie zu verankern, und Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung auf der anderen Seite der Platine. Eine Art Steckbrett speziell für das Prototyping hat dieses Layout, aber mit Streifen aus Metallfederkontakten unter einem Raster von Löchern, in die Komponenten geschoben werden, um elektrische Verbindungen wie bei jedem abnehmbaren Steckverbinder herzustellen . Einige Teile der Anschlüsse in einer geraden Linie in einer Richtung sind elektrisch verbunden, normalerweise in Gruppen von 5-10 mit mehreren Gruppen pro Reihe, diese können mit Spalten durchsetzt sein, die die Höhe der Platine für die häufigeren Verbindungen überspannen (normalerweise die Stromversorgungsschienen). Solche Steckbretter und Stripboards fallen irgendwo zwischen PCBs und Punkt-zu-Punkt; Sie erfordern kein Design und keine Herstellung einer Leiterplatte und können so einfach wie ein Punkt-zu-Punkt-Setup modifiziert werden.
Stripboard
Ein Stripboard ist ein Brett mit Löchern im quadratischen Rastermuster, üblicherweise mit einem 0,1-Zoll-Raster; alle Löcher in einer geraden Linie sind wie auf einer Leiterplatte durch einen Kupferstreifen verbunden. Bauteile werden ohne Leisten seitlich durchgeschoben und verlötet. Die Streifen können durch Auskratzen eines Abschnitts des Kupfers unterbrochen werden, für diese Aufgabe stehen Streifenschneider zur Verfügung, die praktisch ein Bohrer mit Griff sind, sie werden durch Drehen an den Löchern in einem Streifen verwendet.
Konstruktion "Toter Käfer"
Die Freiformkonstruktion kann in Fällen verwendet werden, in denen eine Leiterplatte zu groß oder zu aufwendig für die Herstellung einer kleinen Anzahl von Komponenten wäre. Es werden mehrere Konstruktionsmethoden verwendet. In einem Extrem kann ein Verdrahtungsstift mit einer perforierten Platine verwendet werden, um saubere und professionelle Ergebnisse zu erzielen. Das andere Extrem ist der " Dead Bug "-Stil, bei dem die ICs umgedreht sind und ihre Pins wie ein totes Insekt in die Luft ragen keine zusätzlichen Drähte. Obwohl es unordentlich aussieht, kann die Freiformkonstruktion verwendet werden, um kompaktere Schaltungen als andere Verfahren herzustellen. Dies wird häufig in der BEAM-Robotik und in HF-Schaltungen verwendet, bei denen die Komponentenleitungen kurz gehalten werden müssen. Diese Bauform wird von Amateuren für Einzelschaltungen verwendet, aber auch professionell für die Schaltungsentwicklung, insbesondere bei hohen Frequenzen.
Für Hochfrequenzarbeiten kann eine geerdete lötfähige metallische Basis wie die Kupferseite einer ungeätzten Leiterplatte als Basis und Massefläche verwendet werden. Informationen zum Hochfrequenz-Breadboarding und Illustrationen von toten Käfern mit Groundplane-Konstruktion finden Sie in einer Anwendungsnotiz von Linear Technologies.
Siehe auch
Verweise
Externe Links
- Ein Bild eines Schaltungspatches im Stil eines "toten Bugs"
- Progressive Wiring Techniques zeigt ein Beispiel für eine Punkt-zu-Punkt-Konstruktion, die auf oberflächenmontierte Komponenten angewendet wird .
