Docente: Prof. Mauro De Berardis  

Lavori eseguiti dagli alunni della classe Quinta B TIEN  IPSIA Teramo        

Coordinamento: Prof. Mauro De Berardis, Prof. Loreto Giovannucci

Sbroglio di PCB

Lavoro eseguito dall'alunno Alessandro Di Battista

Generalità

Il collegamento stabile tra i componenti di un’apparecchiatura elettronica è realizzato per mezzo del circuito stampato o PCB (Printed Circuit Board). Si tratta di un supporto isolante, detto base o basetta (board), sulla cui superficie sono ricavate sottili strisce di rame (piste o tracce), che consentono la connessione elettrica dei componenti presenti sulla basetta stessa.

Ciascuna striscia di rame o pista che opera la connessione elettrica tra due o più punti è detta poligonale e l’insieme di tutte le poligonali (l’intero sviluppo delle piste) prende il nome di tracciato.

I PCB si dicono ad inserzione o a foro passante (THT, Through Hole Technology) se i componenti elettronici su una faccia della basetta opposta a quella su cui si trovano le piste. Si dicono a montaggio superficiale (SMT, Surface Mount Technology) se i componenti sono montati e saldati sullo stesso lato della basetta, che pertanto è priva di fori passanti. Per migliorare le operazioni di foratura della basetta e permettere una corretta saldatura tra terminale e pista, quest’ultima è terminata con una piazzola, in genere a forma di cerchio nella tecnologia THT e di quadratino in quella SMT.

Vantaggi del circuito stampato:

In relazione alle superfici su cui vengono realizzate le piste, i circuiti stampati possono essere classificati in:

Il progetto del circuito stampato

In genere il progettista conosce:

1. lo schema elettrico;
2. la classe dell’apparecchiatura (militare, industriale, ecc.);
3. le condizioni ambientali di funzionamento;
4. il numero d’esemplari da produrre;
5. le dimensioni fisiche del contenitore e quindi della basetta.

Deve invece scegliere:

La scelta della tecnologia di montaggio e della tipologia è estremamente delicata perché condiziona pesantemente il costo e dipende, tra le altre cose, dall’esperienza e dagli strumenti a disposizione del progettista oltre che dalle attrezzature disponibili.

La realizzazione del tracciato dipende in maniera determinante dall’esperienza e dall’abilità del progettista che, analizzati diversi aspetti, fra cui le dimensioni e le tipologie dei componenti, esegue una serie di operazioni finalizzate ad ottenere il cosiddetto master, ossia un disegno, eseguito dal calcolatore, che in sostanza costituisce la <<fotografia>> del tracciato e che è indispensabile per la successiva realizzazione del circuito stampato.

Layout e sbroglio

Due fasi importanti ed interdipendenti sono lo studio del layout e lo sbroglio. Con layout s’intende la disposizione dei componenti sulla scheda, lo sbroglio consiste invece nel definire il miglior tracciato delle piste che realizza tutti i collegamenti elettrici previsti.

Nella disposizione dei componenti occorre tenere conto delle regole sottoelencate:

Il master

Il master è il disegno più importante che deve essere realizzato nel ciclo produttivo del circuito stampato.

Nelle realizzazioni industriali che prevedono volumi produttivi adeguati si preferisce disegnare il master ingrandito di due volte (scala 1:2), quattro volte (scala 1:4) e fino a 10 volte, in modo da aumentare l’accuratezza e la definizione del tracciato.

La copia definitiva del master in scala 1:1, detto fotomaster, viene quindi ottenuta con procedimenti fotografici di riduzione.

Dimensionamento delle piste

La scelta della larghezza delle piste deve rispondere a due esigenze opposte e fondamentali: da un lato essa deve essere più piccola possibile per consentire un’elevata densità sulla basetta; dall’altro deve essere in grado di far passare la corrente necessaria al funzionamento del circuito.

Distanze tra piste o piazzole ottigue

Tale distanza deve soddisfare due esigenze contrapposte: dovrebbe essere la più piccola possibile per permettere maggiori densità; deve essere sufficientemente elevata da evitare che s’inneschi, fra piste o piazzole contigue, una linea di corrente di scarica superficiale. I valori minimi di distanza e tensione, per ambienti civili a temperatura e umidità normali sono indicati in tab. 12.5.Si tenga presente che nel caso di piste piegate ad angolo acuto (<90°), il campo elettrico tende a crescere notevolmente (il fenomeno è noto come potere delle punte) e quindi è molto più facile che si verifichi la scarica.

Anche in questo caso, per aumentare la densità della scheda occorrerebbe utilizzare piazzole di diametro il più possibile. Mentre per rendere possibile una buona saldatura, lo spessore della corona circolare che si forma dopo la foratura deve essere tra 0,6 e 0,8 mm. Con spessori inferiori si rischia il distacco della piazzola dalla base.

Angoli e superfici

Per i motivi già accennati (potere delle punte), i raccordi tra due piste vanno eseguiti preferibilmente con una curva o, meglio, con una spezzata che eviti spigoli troppo accentuati (fig.12.15); oltre quanto già accennato , la presenza di angoli acuti aumenta il rischio di distacco della pellicola di rame dal supporto.

Laboratorio di sistemi

Nell'ambito dello stage di 120 ore svolto presso la ditta Elital srl di S. Demetrio né Vestini (AQ), ho progettato il PCB relativo ad un amplificatore finale da 30 Watt con TDA2030 tratto dalla rivista Nuova Elettronica® e il cui funzionamento ho simulato per mezzo di .

schema elettrico

Layout realizzato con il programma OrCad ®

PCB realizzato con il programma OrCad ®

Matematica

Facendo riferimento allo schema elettrico, la configurazione amplificatrice usata, peraltro consigliata dai data sheet del TDA2030, è la classica non invertente

Per calcolare il guadagno in forma approssimata, si parte dall'ipotesi di corto circuito virtuale (il morsetto invertente allo stesso potenziale di quello non invertente):

1) Vu=R23*i+Vi

Vi=R24*i Sostituendo in 1), si ottiene Vu=R23*i+R24*i

Vu/Vi= ((R23+R24)*i)/R24*i

Vu/Vi= (R23+R24)/R24 = (R23/R24)+1

Telecomunicazioni, Elettronica e applicazioni

Il finale audio con TDA2030 potrebbe essere utilizzato come stadio di bassa frequenza di un ricevitore supereterodina.

Il SISTEMA SUPERETERODINA.

Il principio di funzionamento del sistema supereterodina è il seguente: disponendo , all’ingresso del radioricevitore, della frequenza portante modulata, relativa ad una trasmittente prefissata, si esegue una miscelazione di tale segnale modulato, con uno di frequenza e ampiezza fissa, generato all’interno del radioricevitore da un circuito detto oscillatore locale. Nella miscelazione dei due segnali, ha luogo il fenomeno di battimento, il cui risultato è quello di generare un segnale ancora modulato ma su di una portante di frequenza diversa da quella della trasmittente (frequenza intermedia). Il fenomeno descritto prende complessivamente il nome di conversione di frequenza. Il vantaggio del sistema supereterodina consiste nel fatto che, modificando la sintonia di ingresso, ovvero la frequenza della portante modulata di ricezione, è possibile modificare parallelamente la frequenza dell’oscillatore locale, in modo che il segnale modulato risultante dal battimento, abbia sempre la medesima frequenza portante (frequenza intermedia).

Si chiarisce il ragionamento mediante un esempio:

si supponga che un radioricevitore, tipo supereterodina, sia stato sintonizzato su di una portante a frequenza fp=1000kHz; in tal caso si genera una frequenza di oscillatore locale f0=1467KHz, per cui dal battimento risulta:

f0 – fp = 1467 – 1000 = 467 kHz

Si supponga poi che il medesimo ricevitore venga sintonizzato su di un’altra trasmittente, avente frequenza portante di 600 kHz, in tal caso viene modificata anche la frequenza di oscillatore locale in modo che porti 1067 kHz.

Il risultato del battimento è ancora :

f0 – fp = 1067 – 600 = 467 kHz

Si osservi che, nell’operazione di miscelazione dalla quale ha luogo il battimento, la larghezza delle bande laterali si mantiene inalterata, conservando l’informazione della modulante. Così ad esempio, nel caso di portante fp = 1000 kHz, modulata con un segnale avente larghezza di banda di 4,5 kHz, la frequenza ha un campo di possibili variazioni da 995.5 a 1004.5 kHz (cioè in una banda di 9 kHz); dopo il battimento con la frequenza di oscillatore locale a 1467 kHz (fissa) la frequenza intermedia contiene ancora la banda di modulazione ed oscilla da 462.5 a 471.5 kHz, ovvero varia in una banda di 9 kHz, che non ha subito modifiche nella conversione.

Il vantaggio principale del sistema supereterodina consiste nel fatto che, a valle del sistema di conversione di frequenza si pone ( qualunque sia la frequenza di portante ricevuta) di una unica frequenza fissa, (frequenza intermedia), pertanto si possono utilizzare amplificatori selettivi a banda stretta (massimo 9 kHz attorno alla frequenza intermedia) per l’amplificazione del segnale modulato, prima della rivelazione.

Uno schema a blocchi tipico di radioricevitore supereterodina per modulazione d’ampiezza è riportato in figura

Inglese

Traduzione

L'RS TDA 2030 è un circuito amplificatore audio monolitico ad alta qualità capace di erogare in uscita una potenza fino ad un massimo di 21W su un carico di 4 W . Il dispositivo ha una distorsione armonica di cross-over molto bassa. Il THD è approssimativamente di 0,1% con potenze di uscita da 0,1 a 8 w (carico di 8W ). Caratteristiche incorporate nel TDA2030 il circuito di protezione da corto circuito, lo shut down termico e la protezione di sicurezza dell'area operativa.

Massima valutazione

Alimentazione Vs. ---------------------------------------------------------± 18V

Voltaggio in ingresso Vin.----------------------------------------------- Vs.

Voltaggio differenziale Vdiff.---------------------------------------------± 15V

Picco della corrente d’uscita (limitazione interna)----------------------3,5A

Dissipazione di potenza a Tcase=60°Pd----------------------------------20W

Immagazzinamento e congiunzione della temperatura Tj--------------- -40 to+150°C