高频设备制作技巧


作者:Paul Wade,W1GHZ

翻译:LifeWieller

本文已发表于《电子制作》2014年9月刊

对于高频,其乐趣之一是你可以自己动手制作高频设备,并看到自己动手时做的设备正常工作时自然产生一种自豪感。很少有人能够制作出媲美市面上在售的电台,但绝大多数人能够制作一些实用的部件。最开始可以从制作简单模块或套件开始,逐渐熟练,最终制作出复杂的或更高频率设备。

在2009年10月《微波波长》专栏中我写过一篇关于制作微波变换器的文章[P. Wade, W1GHZ, “Microwavelengths,” QST, Oct 2009, pp 97-98.]。我的目的之一是使得这个制作能够被复制——印刷电路板图案的魔力——只要安装正确这个电路基本就能够正常工作。你不需要成为微波工程师,只要知道怎样焊接电路即可。

 

如何焊接贴片元件

如果你制作过简单的套件,那么你应该焊接过直插元件。但对于焊接贴片元件可能会感到害怕。由于直插元件的分布电感和分布电容,它们不适合应用在高频电路中,因为它们的分布参数会使得电路实际参数和设计参数不一致。应用贴片元件,我们可以减小分布参数,缩短传输线的长度。

对于较低频率的高频设备,我们可以使用较大的贴片元件,以方便手工焊接(很小的贴片元件通常能在手机中看到)。下文我会介绍如何手工焊接贴片元件。这和每小时能够焊接数千个元件的大规模生产中用到的方法差别极大。

需要的工具有烙铁,优质焊锡,尖头镊子和良好的照明条件。如果你看不清元件,可以借助放大镜。就我个人而言,我喜欢调温烙铁,并设定较低的温度(大约700°F)以免由于高温损坏贴片元件的金属端子。焊锡成分应该是63%锡-37%铅,最好是低残渣免洗焊锡,如Kester 245或Multicore X39B。对于镊子,我喜欢弯头尖头镊子,如Swiss 7号镊子。你也可以选择称手的工具。

焊接元件时,首先用烙铁加热元件的一个焊盘,并涂上少量焊锡。等焊锡冷却后,用镊子夹起元件放到电路板上对应的位置,然后再次加热焊盘并将元件向下轻压。如果元件位置没错,就可以抬起烙铁,等焊锡冷却后焊元件另外一个焊盘。如果元件有问题,用烙铁加热第一个焊盘,然后做出调整。偶尔会没有夹好元件,元件飞出去找不到了——贴片电容、电阻尤其容易发生,而且它们不贵,因此可以多买一些备用。图1是手工焊接贴片元件的示意,图中我用鼠标垫作为防滑垫。

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你可能会觉得焊接贴片元件要求手稳。其实主要是能看清元件——借助良好的光线和放大镜。在能看清元件的情况下,视觉反馈可以使手稳定。对于很小的元件,可能需要借助显微镜。

除此之外,还可以使用胶粘剂把元件固定在电路板上以方便焊接。大规模生产中元件都是粘在电路板上,然后通过回流焊焊接的。有些火腿尝试用胶将元件粘在电路板上。这种方法的诀窍是把胶涂在两个焊盘中间,而不是焊盘上。

另一种方法是自制贴片元件焊接夹具,如图2所示。一根一端固定在一块海绵上的能够转动的木棒利用自身重量将元件压在电路板上。我用了防暴风门上的合页和一点金属棒来固定木棒。需要的话可以通过在臂上放置硬币或垫圈调节重量,就像调节留声机唱针那样。

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还有一种方法是用烤箱一次性焊好所有元件。在2011年1月刊QST杂志中,作者VE5FP介绍了一种使用面包烤箱焊接表面贴片元件的方法[J. Koehler, VE5FP, “Reflow Soldering for the Radio Amateur,” QST, Jan 2011, pp 32-34.]。如果你需要焊接大量电路板,比如参加俱乐部活动,这种方法或许是不错的选择。我通常先焊接一些元件,测试通过后再继续焊接,因此手工焊接更适合我。

 

管帽滤波器

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我制作的一些微波变换器,如图3所示,使用了管帽滤波器。它们用到了铜制管道配件,对于普通烙铁来说太大了。最初我使用管道工人实用的喷枪来焊接,直到一位微波工程师建议我使用容易控制的热风枪焊接(就像剥离油漆时用的热风枪那样)。很可惜我忘记他的名字了。这确实是很好的主意。使用热风枪之后器件看起来干净了很多。如果不小心没拿好,对器件造成的损坏也比用喷枪小。

在焊接之前需要在管帽顶部钻孔,安装调谐用的螺丝。由于管帽将要焊接到电路板接地面,我在电路板上做了定位标记。然后,我在管帽边沿涂上少量松香助焊剂(我用的是Kester SP-44)并放置到电路板标记的位置。然后,我在管帽上绕上一圈焊锡丝,将焊锡丝沿管帽移到和电路板接缝处。图4是一个准备好焊接的管帽,注意电路板上的标记线。

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然后,用螺丝刀压紧管帽,然后用热风枪从上至下加热管帽,如图5所示。管帽会把热量传递至电路板,当温度达到焊锡熔点时,焊锡圈便会融化,将管帽和电路板铜箔连接起来。这时就可以撤掉热风枪,继续压紧管帽直到冷却。图3是绕好焊锡丝的管帽示意图。

 

在动手中学习

如果你之前从未焊接过贴片元件,那么正式开始之前最好先练习一下。买一些贴片电容,在废电路板上练习焊接。或者尝试完成一些简单的小制作——一片芯片和几个电阻电容就能制作一个高频放大器。导线可以用X-Acto美工刀在电路板上刻出来,或者用飞线焊接方式。不管怎样,只要能够工作即可。通过这些小制作练习焊接水平,建立自信。复杂的设备也是由简单部件组合而成的,慢慢练习总会有一天你也能做出复杂的微波设备。

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