IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Музыкальная шкатулка
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Мы рождены с паяльником в руках
Храня надежды тоненькую нить
Преодолев в душе брутальный страх
Любой прибор мы сможем оживить.
Меня все время удивляли люди, которые понимают в радиоэлектронике. Я всегда их считал своего рода шаманами: как можно разобраться в этом обилии элементов, дорожек и документации? Как можно только взглянуть на плату, пару раз «тыкнуть» осциллографом в только одному ему понятные места и со словами «а, понятно» взять паяльник в руки и воскресить, вроде как почившую любимую игрушку. Иначе как волшебством это не назовёшь.
В 2016 году родители предложили мне записаться на кружок по радиоэлектронике в центр «Лесная сказка».
Актуальность моей работы: музыкальная шкатулка – это всегда хороший подарок, который вы можете подарить своим близким и друзьям. Например, как я подарил свое творение маме на 8 Марта. Она может быть выполнена в разных формах и с разными электронными механизмами.
Мой проект – это творческий подход к изготовлению подарка, сейчас забываются простые вещи и навыки, все приобретается в магазине. Изготовление шкатулки собственными руками помогает многому научиться и применять это в быту.
Цель моего проекта: собрать работоспособное устройство – музыкальную шкатулку, которая обладает полезным функционалом и выгодное с экономической точки зрения.
На основе поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Изучить основы радиотехники, а также любительские радиосхемы;
На основе полученных данных, разработать собственный макет изготовления музыкальной шкатулки;
Собрать устройство по схеме своими руками;
Подвести итог полученному результату с экономической, технической и рациональной сторон;
Поделится информацией со своими сверстниками в школе, друзьями.
Практическая значимость: работа может быть интересна и полезна учащимся средней и старшей школы – всем, кто любознателен, тем, кто хоть немного интересуется радиоэлектроникой и кто хотел бы расширить свой кругозор и заняться новым интересным делом, а также на дополнительных занятиях по физике.
Давайте разберем, как сделать своими руками музыкальную шкатулку.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Изучение азов
Чтобы приступить к разбору практических моментов, прежде всего, нужно обладать базой знаний об электричестве из школьной программы. Но так как я посещаю уже третий год кружок по радиоэлектронике, этими знания я получил именно там, а мой учитель по физике в школе, видя мой интерес к предмету,
Наиболее важную роль здесь играет закон Ома, который гласит: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению». Важно знать, чем последовательное соединение отличается от параллельного. Зная эти и другие тонкости, можно обратиться именно к тому, на основе чего и собираются все схемы в радиоэлектронике.
Радиотехника как наука появилась с изобретением полевого транзистора в 1927 году. Основные элементы, которые присутствуют почти на каждой схеме немного, это резистор, конденсатор, транзистор. Резистор служит для понижения силы тока, конденсатор – для стабилизации тока, транзистор исполняет роль «переключателя». Эти элементы сами по себе ничего дать не могут, они лишь создают условия для работы других элементов, например светодиодов, микросхем, динамиков и т.д. Конечно, этого недостаточно чтобы делать свои схемы, которые бы были полезны, но в своей технической работе эти знания мне были очень необходимы.
1.2 Подбор схемы
Теперь рассмотрим следующий шаг. Чтобы подобрать схему, нужно точно знать, что нужно получить от неё. На основе полученных данных следует найти способы достижения результата. Здесь может помочь и помощь специалиста, в моем случае эта помощь моих педагогов (Приложение №1)
1.3 Подготовка печатной платы
После того, как схема с элементами подготовлена, необходимо в «ручную» составить изображение дорожек на плате в соответствии с подготовленной схемой. Здесь можно столкнуться с проблемой размещения, когда невозможно провести дорожку до искомой точки, не пересекая другую, образуя лишнее пересечение. В этом случае делают «мост» через ненужные дорожки для необходимого соединения путем припаивания проводка. Такой проводок или проволока будет играть роль перемычки.
Пайку осуществляют на текстолите или стеклотекстолите. На одну из сторон планки нанесен тонкий слой меди. Чтобы медь была только на месте будущих дорожек, нужно перенести рисунок с ними на текстолит поверх меди. Дорожки рисуются на плате лаком или фломастером для защиты во время травления.
После того, как плата подготовлена, нужно вытравить лишнюю медь. Это можно сделать при помощи раствора хлорного железа или медного купороса. Раствор хлорного железа гораздо эффективнее купороса, но попадание его на кожу может вызывать ожоги, а его пары ядовиты. Наиболее безопасный (и экономически выгодный) способ травления печатной платы – в растворе перекиси водорода, лимонной кислоты и соли. При вытравливании слой меди, на который не попал маркер или лак, сходит, а под маркером остаются ровные дорожки. Когда процедура травления окончена, маркер с дорожек можно легко убрать спиртом или растворителем.
Когда дорожки готовы, предпоследним шагом является сверление отверстий, в которые будут впаяны радиоэлементы: тонким сверлом на специальном станке (достаточно 1мм в диаметре).
1.4 Пайка электронных компонентов
Перед запайкой деталей дорожки на плате необходимо облудить – нанести припой на медные дорожки.
Последним шагом является сама пайка электронных компонентов на плату. Для пайки используют припой (сплав на основе олова и свинца) и канифоль. Для начала жало паяльника опускают в канифоль, затем жало одновременно с припоем подносят к ножке электронного компонента, который предварительно вставляется в нужные отверстия на плате с внешней стороны. Припой плавится под температурой жала и растекается ровным слоем на поверхности платы. Спустя секунду можно убирать паяльник и припой. Чтобы добиться одинаковых мест пайки требуется набраться опыта, со временем их будет трудно отличить друг от друга. Для более качественной пайки лучше использовать специальный флюс.
Ножки электронных компонентов достаточно длинные, чтобы было удобно наносить припой, однако после пайки они будут мешать (средняя длина ножки у резисторов около 2,5 см) поэтому их следует аккуратно отрезать специальным инструментом или плоскогубцами. Припой легко плавится и прилипает к жалу паяльника, поэтому если во время пайки припой создал ненужное соединение, то убрать его не составит труда. При пайке важно, чтобы припой закрывал отверстие, в которое вставляется ножка радиоэлемента, после пайки они должны быть зафиксированы, если элемент болтается, нужно жалом паяльника расплавить припой в ненадежном месте и повторить пайку этого элемента.
На данном этапе изготовление схемы можно считать законченной.
Глава 2. Практическая часть
2.1 Этапы выполнения работы
После изучения теории, была разработана модель моей шкатулки. Далее я изучил различные виды схем, которые были предложены моим педагогом. Было рассмотрено несколько таких схем, из которых была выбрана одна, которая подходила по многим параметрам для моего изделия.
Далее было необходимо двигаться по следующим шагам:
1 –перерисовка принципиальной электрической схемы;
2 – разводка печатной платы;
3 – подбор деталей;
4 – разводка печатной платы в размере деталей;
5 – подбор платы под размер последней схемы;
6 – отметка шилом места под ножки деталей, карандашом рисуем дорожки;
7 – покрываем лаком или черным маркером эти дорожки;
8 – травление;
9 – сверление;
10 – облуживание дорожек;
11 – пайка деталей;
12 – подбор корпуса поделки.
Изучив советы, я приступил к перенесению схем дорожек на платы.
2.2 Вытравливание печатной платы и пайка
Для вытравливания меди я использовал рецепт, который на занятиях по радиоэлектронике подсказал мой педагог. Итак, это перекись водорода 3%-я - 100 мл, кислота лимонная – 30 грамм, поваренная соль – 5 грамм (в качестве вспомогательного компонента прохождения реакции). Среднее время вытравливания при этом составило 1 - 1,5 часа. Для увеличения скорости реакции раствор можно подогреть. После вытравливания ненужный более маркер был снят спиртом.
Далее сверлились отверстия под ножки деталей на станке, облуживались на плате дорожки, не задевая отверстий. Затем был последний шаг – это пайка всех элементов. В начале припаивают детали с большим количеством ножек, а далее все остальные. В моем случае вначале припаивались микросхемы, резисторы, конденсаторы и транзистор. А затем – динамик, отсек для питания, кнопки включения и переключение мелодий.
2.3 Подведение итогов
Музыкальная шкатулка готова. Особенностью такой шкатулки является возможность выбора мелодии кнопками. Музыкальная шкатулка воспроизводит 5 звуковых мелодий.
Пусть места пайки получились не такими ровными, как ожидалось, однако хороший результат приходит с постоянной практикой, с чем я соглашаюсь. Несмотря на это, главным приоритетом было изготовить подарок маме на 8 Марта своими руками и без особых затрат (Приложение №2)
2.4 Мои работы
Хочется также отметить в своей работе и другие устройства, выполненные своими руками.
1. Светодиодная мигалка, которая состоит из шести светодиодов. Эту модель я выбрал, потому что она очень универсальная и может пригодиться в повседневной жизни (Приложение №3)
Данная модель может мигать светодиодами, там довольно простая схема. Она включается тумблером. Эта мигалка может быть встроена в более сложные модели. Слабая сторона модели – она сделана в картонной коробке, но ее можно исполнить в более компактной пластиковой. Со временем там придется менять батарейку.
В повседневной жизни мигалку можно использовать для обозначения велосипедистов или пешеходов в темное время суток, в электронных игрушках и моделях, как украшение на рюкзаке или новогодней елке.
2. Фонарь для велосипеда, который состоит из трех мигающих светодиодов, с помощью переменного резистора можно по необходимости менять частоту мигания. Эта модель была выбрана целенаправленно, для использования на своем велосипеде (приложение №4).
3. Блок питания на 30 V, который состоит из трансформатора, диодного моста, конденсатора. Каждая из этих деталей имеет своё предназначение: трансформатор уменьшает напряжение, диодный мост - преобразует переменный ток в постоянный, конденсатор - выравнивает постоянный ток.
Заключение
Таким образом, в ходе исследования, по моему мнению, была достигнута цель путем выполнения всех задач, оправдана актуальность. На мой взгляд, без определённых знаний мне не удалось бы, получить необходимые навыки, с помощью которых удалось собрать работоспособное устройство с внесенными поправками, которое обладает рядом полезных функций и приемлемой ценой.
Хочется пожелать всем моим сверстникам, меньше сидите за компьютерными играми, увлекайтесь полезным!
4. Список использованных источников:
1. http://radiokot.ru/circuit/light/run/22/
2. https://radioskot.ru
3. «Цветомузыкальные устройства. Любительские схемы».
Автор: Авторский Коллектив. Издательство: РадиоСофт
4. «Школа радиолюбителя».
Автор: Геннадий Гендин. Издательство: РадиоСофт
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
С хема музыкальной шкатулки
ПРИЛОЖЕНИЕ №2
Музыкальная шкатулка
ПРИЛОЖЕНИЕ №3
Светодиодная мигалка
ПРИЛОЖЕНИЕ №4
В елосипедный фонарь
14