|
Таблица 15 Примерная разбивка материала темы по занятиям
|
Используя образцы различных материалов, применяемых в электронной аппаратуре, руководитель кружка рассказывает о многообразии функций элементов и деталей, выполненных из этих материалов. Важнейшими из них являются провода, изоляторы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, электровакуумные приборы, полупроводники, магнитные материалы и т. п.
Чаще всего каждая радиодеталь выполняется из нескольких материалов. Однако при оценке качества детали определяющим фактором обычно являются свойства одного из материалов. Например, для конденсатора наибольшее значение имеет применяемый диэлектрик, для транзисторов — полупроводник и т. д.
Кружковцам следует сообщить, что все материалы в соответствии с их электрическими свойствами делятся на три группы: проводники, изоляторы и полупроводники. Особую группу составляют материалы, облада; ющие магнитными свойствами. К ним относятся: железо, никель и их сплавы, ферриты, магнитодиэлектрики и др. Рассказывая ребятам об изготовлении, назначении, применении и свойствах различных материалов, педагог, как правило, раскрывает эти сведения, исходя из особенностей их применения на занятиях кружка электронной автоматики.
Проводники составляют большую группу материалов, получивших самое широкое применение в современной электро- и электронной промышленности. В основном это металлы, из которых изготовляют провода, шасси и корпуса приборов, токопроводящие части переключателей и разъемных соединений, выводы деталей и другие элементы схем, проводящие электрический ток. Каждый металл, являясь проводником, в то же время по-разному проводит электрический ток. Поскольку многие школьники не знакомы с понятием электрического сопротивления, членам кружка следует только сообщить, что одни металлы и их сплавы (алюминий, медь, серебро, цинк, олово, свинец, дюралюминий, латунь, бронза) — хорошие проводники, а другие, как, например, манганин,.константан, нихром, обладают относительно более низкими проводящими свойствами.
При изучении данной темы большую помощь могут оказать специальные тематические стенды: «Проводники», «Типы монтажных и обмоточных проводов», «Изоляционные материалы» и т. д. Подобные учебно-наглядные пособия могут быть выполнены самими кружковцами и в дальнейшем использоваться как на занятиях кружка, так и на уроках физики или труда. Упомянутые выше стенды могут быть также преобразованы в электровикторины и использоваться, кроме того, и как обучающее устройство. Разумеется, изготовление подобных учебных пособий не входит в обязательную программу работы кружка электронной автоматики, однако максимальное использование в учебном процессе наглядных средств способствует повышению его качества.
Педагог дает краткую характеристику основных проводниковых материалов, применяемых в кружковой работе. Из широко распространенных материалов лучше всего проводят электрический ток медь и алюминий. Наиболее высокими электропроводящими свойствами обладает так называемая электротехническая медь марок Ml и МО. Эти марки содержат до 99,95% меди с минимальным содержанием примесей и кислорода в основном металле. Из электротехнической меди изготавливают монтажные и обмоточные провода, выводы радиодеталей. Здесь уместно будет познакомить членов кружка с некоторыми типами монтажных проводов, выпускаемых нашей промышленностью (используя в качестве наглядного материала имеющиеся в кружке типы проводов).
Латунь — сплав меди, цинка и незначительной доли свинца в различных процентных соотношениях. Латунь маркируется буквой Л с двухзначным числом, показывающим процентное содержание меди (например, Л-70 означает сплав, содержащий 70% меди). Из тонкой листовой латуни делаются различные крепежные детали, контакты, лепестки.
Бронза — сплав меди с небольшим содержанием олова, марганца, фосфора и др. Обладает значительно большей, чем медь, механической прочностью, что позволяет использовать ее для производства скользящих и пружинящих контактов.
Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди. Быстро окисляется на воздухе и приобретает при этом матово-серую окраску. Оксидный слой плохо проводит электрический ток, но предохраняет металл от дальнейшего окисления. По сравнению с медью алюминий обладает пониженными характеристиками, как механическими, так и электрическими. Для электротехнических целей используют алюминий марки А1, содержащий не более 0,5% примесей. Еще более чистый алюминий марки AB00 (не более 0,03% примесей) применяется для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты AB0000 имеет содержание примесей, не превышающее 0,004%. Различные примеси снижают проводимость алюминия. В этом случае металл в виде проволоки, прутков, листов идет на заклепки, для различных токарных поделок, изготовления шасси и разнообразных крепежных элементов.
Из сплавов алюминия широкое применение в электронике нашли дюралюминий и силумин, которые при той же легкости значительно тверже алюминия. Дюралюминий встречается в виде листов и прутков. Листовой дюралюминий используется для изготовления шасси и различных каркасов, однако при изгибании он дает трещины и ломается. Во избежание переломов дюралюминий сгибают, предварительно нагрев его, или используют в качестве скрепляющих элементов металлические уголки. Прутковый дюралюминий находит то же применение, что и алюминий, причем обтачивается он значительно легке, так как менее вязок.
Силумин находит широкое применение как легкоплавкий металл для литья каркасов электронной аппаратуры.
Железо (сталь) также широко применяется в электротехнике и электронике. Свойства стали в значительной степени зависят от содержания в ней углерода. Так, например, для изготовления инструментов применяют специальную инструментальную сталь с высоким содержанием углерода. Мягкая листовая сталь с низким содержанием углерода (0,1—0,15%), которую часто называют железом, широко применяется для изготовления шасси, корпусов, каркасов, стоек и т. д. Тонкие листы мягкой стали, покрытые слоем олова, называются жестью. Жесть выпускается толщиной 0,2—0,5 мм; она легко режется ножницами и паяется. Этим объясняется широкое использование этого материала в кружковой работе. Из жести делают экраны и кожухи, рефлекторы, отражатели для сигнальных ламп и т. д. В качестве проводникового материала железо находит применение в электровакуумных и полупроводниковых приборах при изготовлении внутренней арматуры, анодов, экранов, корпусов транзисторов.
Самую многочисленную группу электрорадиоматери- алов составляют диэлектрики или изоляторы. Их электрические и физический свойства, так же как и функции, выполняемые ими в современной электронной аппаратуре, весьма разнообразны. Используя образцы наиболее типичных изоляционных материалов с различными физическими свойствами и внешними признаками, руководитель кружка демонстрирует их школьникам, сопровождая свой рассказ примерами из техники. Следует сразу же заметить, что задача педагога на данном этапе — дать кружковцам сведения о свойствах и особенностях применения диэлектрических материалов в практической работе кружка электронной автоматики без рассмотрения их электроизоляционных свойств.
Разнообразие свойств и различие принципов практического применения диэлектриков затрудняют их классификацию. Знакомство ребят с изоляционными материалами можно начать с наиболее популярных.
Гетинакс — слоистый пластик коричневого цвета, получаемый горячей прессовкой бумаги, пропитанной смолой. Выпускается он в виде листов или пластин толщиной от 0,5 до 50 мм. Это достаточно твердый материал с гладкой поверхностью. Применяется для изготовления монтажных плат, каркасов силовых трансформаторов. Обрабатывается легко.
Текстолит — слоистая пластмасса на текстильной основе. Этот материал схож с гетинаксом, однако по сравнению с последним обладает более низкими электрическими свойствами, менее жесткий на изгиб, а по стоимости в 5—6 раз дороже гетинакса. Ценными свойствами текстолита являются стойкость к истиранию и повышенное сопротивление раскалыванию.
Стеклопластик, или стеклотекстолит, изготавливается на основе стеклянной ткани. Он обладает высокими диэлектрическими и механическими качествами. Стеклотекстолит электротехнического назначения выпускается под марками СКМ-1, СТ, СТУ, СТЭФ и др.
Для изготовления плат печатного монтажа выпускают фольгированные листы гетинакса, текстолита и стеклопластика. Выпускается фольгированный пластик толщиной от 1,5 мм и выше. Толщина медной фольги около 50 микрон или 0,05 мм.
Органическое стекло (плексиглас) выпускается бесцветным и окрашенным в различные цвета. Легко обрабатывается, полируется, гравируется. Устойчиво к действию воды, бензина и спирта. Теплостойкость до 60°С, после чего размягчается и может принимать различные формы с помощью гнутья и выдавливания. Оргстекло также легко склеивать с помощью дихлорэтана, в котором предварительно растворено 0,5% — 1% плексигласовой стружки. Применяется в основном как декоративный материал при оформлении конструкций.
В производстве электронной аппаратуры широко применяются также прессованные изоляционные материалы. Наиболее распространенными из них являются фенопласты, основу которых составляют фенолформаль- дегидные смолы. Изделия прессуют из специально подготовленных пресспорошков. Фенопласты выдерживают повышенную температуру, действие слабых кислот; поддаются механической обработке. В качестве изоляционного материала фенопласты идут на изготовление корпусов, оснований или опрессовок самых разнообразных радиодеталей (монтажных плат, разъемов, некоторых типов конденсаторов, держателей предохранителей, сигнальных ламп и т. д.). Из прессматериалов изготавливают также корпуса стрелочных измерительных приборов, тестеров.
Полистирол — прозрачная стекловидная пластмасса, устойчивая к действию влаги и кислот. Полистирол легко обрабатывается, что позволяет изготавливать детали из этого материала слесарным способом из полистироловых плиток. Недостаток полистирола — хрупкость и невысокая теплостойкость (60—80°С). При нагреве до 150°С материал переходит в пластичную массу, из которой прессуют различные детали. Являясь превосходным диэлектриком, полистирол используется для изготовления каркасов катушек индуктивности, монтажных стоек и другой арматуры высокочастотных узлов аппаратуры телеавтоматики. В случае необходимости отдельные детали из полистирола легко можно склеить с помощью бензола.
Полихлорвинил — окрашенный в различные цвета эластичный материал. Обладает высокой электрической прочностью, но низкой теплостойкостью (60°С). Полихлорвинил широко используется в производстве монтажных проводов и различных как низко-, так и высоковольтных кабелей. Выпускаются также различных цветов и диаметров полихлорвиниловые трубки, которые можно надевать на провода для улучшения их изоляции или для маркировки. Низкая теплостойкость хлорвиниловой изоляции постоянно напоминает о себе при неумелом обращении с горячим паяльником.
Полиэтилен — полупрозрачный эластичный материал, обладающий высокими изоляционными свойствами. Теплостойкость до 110°С. Полиэтилен относится к числу относительно дешевых материалов, однако отсутствие для него общеизвестных растворителей затрудняет широкое использование его в кружковой работе. Исключение составляет полиэтиленовая пленка, имеющая прикладное назначение в качестве чехлов или накидок, предохраняющих приборы и конструкции от повреждений и пыли.
Древесина служит не только основным материалом для изготовления корпусов конструкций и выполнения макетов, но и является изолятором. Так, в практической работе кружка, особенно при сборке учебных схем, в качестве плат широко используются отрезки 2—4-мм фанеры, с успехом заменяя более дефицитные гетинакс и стеклопластик.
Широко применяются также электроизоляционные материалы на основе целлюлозы, сырьем для получения которой служит древесина: бумага, прессшпан, фибра.
Так называемая конденсаторная бумага выпускается толщиной 0,006—0,24 мм, обладает высокой электрической прочностью. В практике кружка конденсаторная бумага применяется в качестве изолятора между слоями обмоток трансформаторов, дросселей.
Прессшпан, или электрокартон, применяется для изготовления каркасов трансформаторов и дросселей. Толщина электрокартона 0,1—3,0 мм. Для придания влагостойкости изделия из электрокартона пропитывают парафином, церезином или специальными лаками.
Фибра представляет собой материал, получаемый прессованием тонких листов бумаги, пропитанных предварительно раствором хлорида цинка. Выпускается листами толщиной от 0,5 до 5 мм. Фибра легко обрабатывается с помощью слесарного инструмента, а в закрепленном состоянии — рубанком. Материал этот с успехом применяется для изготовления монтажных плат и изоляционных прокладок, а также для оформления конструкций.
Путем вулканизации каучука большим количеством серы получают твердую резину — эбонит. Материал черного цвета, твердый, поддается всем видам механической обработки и горячей штамповке. Теплостойкость 50—60°С. Под действием солнечных лучей эбонит покрывается пленкой, сильно ухудшающей свойства этого материала. Из эбонита изготавливают изоляционные стойки, ручки, кнопки, прокладки и т. д.
Широкое применение имеют лакоткани, получаемые путем пропитки тканей лаками. Изготовляются они в виде полотна и трубок. ЛШ—шелковая лакоткань, ЛХ— хлопчатобумажная лакоткань вырабатываются толщиной 0,04—0,3 мм.
Трубки, полученные путем пропитки хлопчатобумажной оплетки («чулка») масляным лаком, называются линоксиновыми. Применяют их для изоляции проводников при монтаже аппаратуры. Трубки выпускают дли- пой 1 м и диаметром 1,5—10 мм; толщина стенок 0,5— 0,8 мм. Пробивное напряжение линоксиновых трубок не менее 2—2,5 кв.
Распространены в кружковой работе и такие материалы, как нитролаки и питрокрасители, шеллачный лак, клеи, являющиеся хорошими изоляторами.
После характеристики изоляционных материалов педагог дает общие понятия о полупроводниках. Здесь
следует Обратить внимание ребят на тот факт, что полупроводники — это материалы по электропроводности занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Полупроводниковыми свойствами обладает целый ряд материалов — природных и синтетических, твердых и жидких. В качестве примера можно привести такие наиболее известные полупроводники, как кремний, германий, фосфор, сера, бор, мышьяк, йод и их соединения.
Рассказ о магнитных материалах, или магнетиках, в задачу данного занятия не входит.
Знакомство кружковцев с электро- и радиотехническими материалами закрепляется выполнением практических работ. Перед руководителем кружка стоит задача научить ребят правильно использовать различные материалы на практике, т. е. знать не только свойства этих материалов, по и уметь вырезать плату нужных размеров из листа гетинакса или текстолита, склеить корпус из оргстекла, изготовить шасси из дюраля или алюминия, выточить каркас катушки и т. д.
На практических занятиях члены кружка изготавливают монтажные платы для сборки схем следующей темы. Используя образец изделия, руководитель кружка рассказывает о его назначении, задает необходимые размеры и знакомит с исходным материалом. Более полные данные о форме и размерах изготавляемой платы дает технический рисунок, который преподаватель зарисовывает на доске (для экономии учебного времени чертеж можно выполнить на листе ватмана заранее). Обращается внимание кружковцев на правила нанесения размеров (рис. 9).
Работа подразделяется на два основных этапа. На первом этапе (занятие 1-е) кружковцы вырезают из листов пластика или фанеры основания плат. Большие листы должны быть предварительно разрезаны на отдельные полосы, по ширине равные или кратные одному из размеров платы, с целью упрощения задания и экономии материала.
Педагог показывает приемы разметки заготовок с помощью линейки, карандаша и угольника. Показывает приемы резки пластика резаком или пиления фанеры ножовкой. В ходе объяснений ребятам напоминает о правилах техники безопасности при работе с резаком или ножовкой.
Если вопросов нет, педагог дает команду приступить к заданию. Ребята по очереди отрезают себе плаТы, если отдельные листы по размерам заключают в себе несколько таких плат. Причем работа эта во избежание порчи поверхности столов должна производиться с применением специальных защитных средств (см. гл. 1-ю).
Затем каждому кружковцу предстоит довести размеры своей платы до заданных, обработав крдя с помощью напильника.
На следующем этапе (занятие 2-е) производится разметка поверхности платы и сверление отверстий под устанавливаемые детали. Плату размечают с помощью штангенциркуля или угольника. Можно использовать и специальный разметочный шаблон, изготовленный из жести.
После выполнения разметки ребята показывают свою работу руководителю кружка и, если она выполнена правильно, получают от него разрешение сверлить отверстия. Выполняют эту операцию на сверлильном станке, с которым кружковцы уже знакомы. Однако им снова надо напомнить приемы сверления отверстий, указывая, что подача сверла ведется плавно, без рывков.
Члены кружка по очереди подходят к сверлильному станку и под наблюдением педагога сверлят вначале отверстия диаметром 3 мм. Затем производят замену сверла и, соблюдая порядок и осторожность, сверлят отверстия большего диаметра под тумблер и патрончики для лампочек. Доводка отверстий до необходимых размеров производится с помощью круглого напильника или надфиля.
В конце занятия члены кружка подписывают карандашом изготовленные монтажные платы и сдают их своему педагогу.