Elektroingeniør? Radiobyggesett et lite eksempel fra elektrofaget Universitetet i Stavanger
1 Om radiobyggesettet Institutt for data- og elektroteknikk (IDE) ved Universitet i Stavanger (UiS) har de siste årene delt ut radiobyggesett til 9.klasser ved utvalgte ungdomsskoler i Rogaland. Hensikten er å øke interessen for naturfag generelt og elektrofag spesielt. I år er blir det delt ut radio til ca. 25 skoler og ca 2000 elever får bli med på byggingen. Etter at du har gjennomført byggeprosjektet skal du ha bygget radioen vist i figur 1. Radiobyggesettprosjektet har fått økonomisk støtte fra følgende organisasjoner: www.tekna.no www.nito.no www.elfa.se 1
2 Om lodding Før du tar til med byggingen, må du lese litt om lodding. 2.1 Loddetinn og loddebolt Legering: Loddetinnet som brukes er en legering av tinn og bly med et blandingsforhold 60/40. Smeltetemperatur: Loddetinnet har en smeltetemperatur på ca 190 grader. Flussmiddel: I loddetinnet er det lagt inn flussmiddel (som er et rensemiddel for loddeprosessen) i 5 små kanaler slik at loddetinnet er klar til bruk. Loddebolten: Mange loddebolter er ikke termostatstyrt slik at den kan bli litt for varm når kontakten står i uten at loddebolten brukes. Du får plugge kontakten inn/ut etter behov. Underlag på pulten: For å unngå svimerker på pulten/bordplaten, anbefaler vi at du legger stiv papp og lignende (A3-format) på arbeidsplassen før du starter. 2.2 Tips om lodding Ikke ta på kretskortet med fingrene på de punktene som skal loddes fordi rester av fett/olje på loddepunktet vil skape problemer for loddeprosessen. Loddingen foregår med foliesiden (kobberbanene) opp etter at komponentene er plassert på sine respektive plasser. Det lønner seg å plassere flere komponenter om gangen før du begynner å lodde. Ikke klipp av beinene på komponentene før de er loddet fast. Når du lodder, setter du spissen på loddebolten på skrå ned på kretskortet ved siden av og inntil komponentbenet. Deretter tilsetter du litt loddetinn mellom loddebolten og det komponentbenet du skal lodde. Hele loddeprosessen pr. punkt (små komponenter) bør ikke vare i mer enn 2-3 sekunder (dette for ikke å ødelegge komponentene). Klipp deretter bort beinene på komponentene med en avbitertang. Ikke bruk for mye loddetinn. Hvis du skal lodde store komponenter, må loddeprosessen nødvendigvis ta noe lenger tid. Hvis loddetinnet flyter godt ut i overgangen mellom kretskort og komponent og danner en konkav overgang som vist i figur under, har man vanligvis en god lodding. 2
Figur 1: Eksempel på lodding av en motstand. Hvis du er uheldig med en lodding og skal fjerne litt loddetinn eller skal fjerne en komponent, kan du bruke en loddesugelisse, se figuren under, for å fjerne loddetinnet. Figur 2: Loddesugelisse Den ene enden av sugelissen legger du så inntil den komponent som skal fjernes og varmer opp lissen og tinnet med loddebolten. Loddesugelissen vil nå trekke til seg det smeltede loddetinn. Det er meget viktig at loddespissen er ren. Tørk derfor av loddespissen på en fuktig svamp/klut/papir når spissen får en avleiring fra flussmiddelet (brunlig farge). Belegget på loddespissen tørkes av når mens loddebolten er varm. Når man lodder vil det utvikles litt lodderøyk. Denne kan virke irriterende, men du kan avhjelpe problemet ved å spre røken med en vifte og sørge for god utlufting av rommet. 3 Komponentliste På de to neste sidene følger en tabell med alle komponentene. For å få oversikt over komponentene og lette monteringsarbeidet, anbefaler vi at du river ut disse sidene og legger komponentene ut på sine respektive plasser. I tillegg til disse komponentene er det ett batteri pr byggesett. Det følger også med en 5mm maskinskrue for vikling av spoler og en loddesugelisse for avlodding som er felles for hele klassen (gruppen). 3
Komponent Type Plassering Merking Kretskort med påmontert FM-radiokrets (TDA7010) og forsterker (LM386) Trimmekondensator (stasjonssøker) 1.8-22pF C25 (TUNING) Trimmepotensiometer (volumkontroll) P1 (VOLUM) Jack-kontakt J5 (EKSTERN HØYTTALER) Kondensator 12pF C20 12 (brun rund) Kondensator 47pF C19 47 (brun rund) Kondensator 82pF C13, C24 82 (brun rund) Kondensator 180pF C8, C12 181 (brun rund) Kondensator 270pF C14, C17, C18 271J (brun rund) Kondensator 3,3nF C7, C11 332K (Rød) Kondensator 10nF C2, C4 103K (Gul) Kondensator 100nF C1, C15, C21, C28, C30 104K (Blå) Kondensator 470nF C26 474 Kondensator 10µF C27 10µF 4 fortsettelse neste side
fortsettelse fra forrige side Komponent Type Plassering Merking Kondensator 220µF C29 220µF Motstand 10Ω R5 Motstand 10kΩ R1, R3, R4, R13 Motstand 22kΩ R2 Vikletråd for spolene L1, L2 Bryter AV/PÅ Høyttaler HØYTTALER Antennetilkobling ANTENNE Batterikontakter (pluss og minus) + og Plastføtter Loddetinn, ca 1 m 5
4 Monteringsanvisning Følgende monteringsrekkefølge er anbefalt: 1. motstander 2. små kondensatorer 3. jack-kontakt (ekstern høyttaler) 4. antennetilkobling 5. stasjonssøker 6. volumkontroll 7. store kondensatorer 8. batterikontakter 9. bryter 10. spoler 11. høyttaler 12. plastføtter 13. antenne Noen av komponentene vil sitte litt løst i hullene sine før du får loddet dem. Bøy da bare komponentbena litt til side (på loddesiden/baksiden av kretskortet), så slipper du at de faller ut mens du lodder. På de neste sidene skal vi gå gjennom monteringen av hver enkelt komponent. 6
4.1 Motstander Motstandene har fra leverandøren en fargekode. Fargekoden leses fra venstre mot høyre, og alle motstandene her har brun som siste farge. I komponentsettet finner du motstandene: 1. R5 = 10Ω med fargene: brun, sort, sort, gull, brun 2. R2 = 22000Ω med fargene: rød, rød, sort, rød, brun 3. R1, R3, R4 og R13 =10000Ω med fargene: brun, sort, sort, rød, brun Klipp av den ytterste delen på motstandsbeina (ca.1 cm) på hver side for å fjerne tapebiten og bruk fingrene til å bøye hver av beina 90 grader slik at motstanden og beina danner en U. Senteravstand mellom hullene til motstandene er 11mm. Plasser motstanden i henhold til merkingen på kretskortet og komponentlisten. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.2 Små kondensatorer Følgende små kondensatorer skal monteres: C1, C2, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C11, C12,C13, C14, C15, C17, C18, C19, C21, C26, C28, C30. Kondensatorene er fra leverandøren merket med bokstaver og tall for å angi komponentverdien, men for utrente personer kan denne koden være vanskelig å tyde. Noen av kondensatorer er veldig like i utseende, men har allikevel forskjellig verdi. For lettere å skille disse har vi merket disse kondensatorene med forskjellige farger (rød, gul og blå). Hvis det er en tapebit festet på beina til kondensatorene, må du klippe av denne ytterste delen på beina før du plasserer kondensatorene på sine respektive plasser. Avles merkingen (påstemplet verdi) eller fargemerkingen og jamfør dette med komponentlisten og plasser hver komponent på riktig plass. Lodd fast og klipp deretter av komponentbena utenfor loddepunktet. 7
4.3 Jack-kontakt Jack-kontakten monteres nederst på kortet hvor det er merket EKSTERN HØYTTALER. Press kontakten mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.4 Antennetilkobling Monter koblingsklemmen for antennen øverst på kortet merket ANTENNE Tilkoblingshullene skal vende mot kanten på kretskortet. Press klemmen mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.5 Stasjonssøker Stasjonssøkeren er en trimmekondensator og skal stå hvor det er merket TUNING. Press trimmekondensatoren mot kretskortet når du lodder. Lodd fast og klipp av beina utenfor loddepunktet. Justeringen av stasjonssøkeren må normalt foretas med en ikke-metallisk skrutrekker (følger ikke med byggesettet), men det er også fullt mulig å benytte en fingernegl. 8
4.6 Volumkontrollen Volumkontrollen er et grått potensiometer. Monter dette nederst på kortet hvor du finner merkingen VOLUM. Av samme grunn som for bryteren må du presse potensiometeret mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.7 Store kondensatorer Disse to kondensatorene er merket med kapasitansverdi hvor C27=10µF og C29=220µF. Kondensatorene er polarisert. Det betyr at plussbeinet (+) og minusbeinet ( ) må kobles riktig. Polariseringen for disse to kondensatorene er merket med + på kretskortet. På kondensatoren er plussbeinet litt lenger enn minusbeinet og siden som vender mot minusbeinet merket med strek. Monter disse på sine respektive plasser, lodd fast og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.8 Batterikontaktene Pluss (+) og minus (-) Batterikontaktene monteres til venstre på kortet. Du må forsikre deg om at + og kommer på riktig plass (pluss til venstre). Press kontaktene godt mot kretskortet før du lodder. Kontaktene har større masse enn de øvrige komponentene så loddeprosessen må ta litt lengre tid. 9
4.9 Bryter Monter bryteren nederst til venstre på kretskortet hvor du finner merkene PÅ og AV. For at bryteren skal stå stødig må du presse den mot kretskortet når du lodder. Lodd og klipp av beina utenfor loddepunktet. 4.10 Spolene Spolene L1 og L2 skal du vikle selv. For at radioen skal virke på den planlagte frekvensen på FM-båndet (88-107 MHz), er det meget viktig at spolene blir laget etter oppskriften nedenfor. Spole L1 samspiller med stasjonssøkeren og det er derfor helt avgjørende at den blir laget riktig og får beholde sin form til den er montert. Vikling av spolene 1. Spolene skal vikles med en 0,7mm fortinnet kobbertråd rundt en 5mm maskinskrue (skruen er felles for hele klassen, vikletråden følger med i byggesettet). 2. Gruppedeltagerne bør samarbeide når spolene skal vikles. Vikletråden skal vikles stramt rundt skruen slik at tråden følger gjengene. Start inne på skruen og vikle utover (mot klokken). Spolene skal være på 4 og 6 vindinger, men du vikler egentlig 3.5 og 5.5 vindinger siden tilkoblingen i begge ender på spolene skal være på samme side. 3. Spole L1 og L2 er skissert i figur 3 Figur 3: Spole L1 (til venstre) og L2 (i midten). Profil fra siden (høyre). 10
4. Klipp av beina i passe lengde (1cm) og skru maskinskruen ut av spolen. 5. Monter spolene på sine respektive plasser med en klaring på ca.2mm til kretskortet 6. Lodd fast og klipp av beina utenfor loddepunktet. 7. Siden spolene er viklet med en uisolert kobbertråd, er det viktig at de forskjellige vindinger ikke kommer borti hverandre når spolen er montert. Du kan f. eks. kontrollere dette med å føre en papir bit mellom viklingene og eventuelt justere avstanden. 4.11 Høyttaler Kapp av to ledninger på ca. 3 cm (bruk litt av antenneledningen som følger med settet). Lodd deretter litt loddetinn fast på høytalerkontaktene (pass på at du ikke overoppheter høytaleren). Dette gjør det enklere å lodde fast ledningen etterpå. Av-isoler endene på ledningene og lodd den ene enden til tilkoblingspunktene på høyttaleren og den andre enden til høyttalerutgangen på kretskortet merket HØYTTALER. Fest høyttaleren på kretskortet med den dobbelsidige tapebiten. 4.12 Plastføtter Når høyttaler og alle komponenter er på plass fester du plastføttene, en i hvert hjørne på undersiden av kretskortet. 4.13 Antenne For å få radioen til å virke, må den tilkobles en antenne. Til dette benyttes den 150cm lange ledningen som følger med byggesettet. Skru den fast i høyre tilkoblingspunkt for antennen (merket antennesymbol). 11
5 Testing av radioen 5.1 Skru på radioen Nå er du ferdige med å lodde komponentene, og det er tid for testing. Skru først av loddebolten. Sett deretter i batteriet i radioen. Vipp bryteren i PÅ posisjon. Volumkontrollen skal være 50% (pilen på potensiometeret peker oppover). Forhåpentligvis kan du nå få inn flere radiostasjoner ved å trimme (skru) på stasjonssøkeren merket TUNING. Du søker gjennom hele frekvensområdet ved å dreie stasjonssøkeren en halv omdreining (180 grader). 5.2 Forbedring av mottaksforhold og antenne Noen FM stasjoner ligger så nær hverandre i frekvens at det kan være vanskelig å skille stasjonene fra hverandre. Du vil også merke at når du tar på, eller kommer nær noen av komponentene, kan den radiostasjonen du lytter på drive av. Hvis skolebygningen er i betong/mur, kan det være dårlige mottakerforhold i klasserommet og det vil avhjelpe problemet ved å gå mot et vindu, gå utendørs eller til et sted som har bedre sikt mot FM-senderen. Hvis radioen legges på et bord eller lignende av metall, vil du få problemer med å få inn radiostasjonene. Hvis heller ikke dette hjelper, kan du forbedre antennen ved å lage en såkalt dipolantenne av en flatkabel (medfølger ikke). Splitt flatkabelen opp på langs i den ene enden i en lengde på 75 cm. Dette tilsvarer en kvart bølgelengde, og skrives λ/4, hvor λ er den greske bokstaven lambda og blir brukt som betegnelse for bølgelengden. Bøy de to ledningene 90 grader ut til hver side slik at de danner en T som vist i figuren under Den andre enden av antenneledningen tilkobles klemmene på kretskortet merket ANTENNE. Dipolantennen er retningsbestemt og den skal stå horisontalt eller vinkelrett mot FM senderen. Antennen kan med fordel festes på en trelist (bruk tape eller små stifter) slik at den lettere kan justeres riktig (vinkelrett) i forhold til senderen. 12
5.3 Forbedring av lyden For at en høyttaler skal fungere skikkelig skal den egentlig bygges inn i et kabinett hvor høyttalerens front er fri mens baksiden er i et lukket rom. Minihøyttaleren er på 0.2watt, den blir montert åpent og lyden blir derfor svak. Du kan forbedre høyttalerens lydgjengivelse med å lage et lukket rom på høyttalerens front i stedet for på dens bakside. Dette kan du gjøre ved enten å plassere et pappbeger eller lignende med bunnen opp over høyttaleren. Alternativt kan du lage en kjegle ved å klippe ut figuren på siste side i denne bruksanvisningen. La den heltrukne linjen ved 1-tallet møte den stiplede linje med 1-tallet og stift eller tape sammen. Ved å sette kjeglen over høytaleren vil du få noenlunde samme effekt som om høyttaleren var montert i et kabinett. Hvis du synes at også dette er litt for svakt, kan du koble til en ekstern høyttaler f.eks. en PC-høyttaler (med eller uten forsterker) med 3.5 mm Jack-plugg i kontakten merket EKSTERN HØYTTALER. En bryter i høyttalerkontakten kobler ut minihøyttaleren når du setter inne en jackplugg. 5.4 Feilsøking Siden spolene er viklet med en uisolert kobbertråd, er det viktig at viklingene ikke kommer borti hverandre når spolen er montert. Du kan kontrollere dette med å føre en papir bit mellom viklingene og eventuelt justere avstanden. For å justere avstanden kan du dra i endeviklingene med neglene og strekke spolen litt. Press den deretter forsiktig sammen igjen, men ikke så mye at viklingene får kontakt med hverandre. Hvis radioen fortsatt ikke fungerer, sjekk hvert loddepunkt på baksiden. Se spesielt etter sammenloddete punkter og kaldlodding. Hvis du har kaldloddet ser du at loddetinnet ikke har flytt ut slik som i figur 1, men henger som en perle eller liten kule omkring komponentbeinet. Benytt loddesugelissen og fjern loddetinnet og prøv deretter å lodde på ny. 5.5 Har du lyst til å lære mer? Synes du det var moro å bygge radio, kan du gå inn på ELFAs hjemmesider på www.elfa.se og finne andre byggesett. Synes du elektrofaget virker spennende, og har lyst til å se hva vi holder på med og hvilke fag vi tilbyr, kan du klikke deg innom våre hjemmesider på ide.uis.no. 13
6 Skjema til radioen Figur 4: Elektrisk skjema over FM-radiomottakeren med forsterker 14
7 Kjegle Figur 5: Klipp ut figuren og lag en kjegle til å sette over høyttaleren. 15