91

E

LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/97

S

Sk

kr

rz

zy

yn

nk

ka

a p

po

or

ra

ad

d

SKRZYNKA PORAD

W TEJ RUBRYCE PRZEDSTAWIANE SĄ KRÓTKIE ODPOWIEDZI NA PYTANIA NADSYŁANE DO REDAKCJI.

SĄ TO SPRAWY, KTÓRE NASZYM ZDANIEM ZAINTERESUJĄ SZERSZE GRONO CZYTELNIKÓW. jEDNOCZEŚNIE

INFORMUJEMY, ŻE REDAKCJA NIE JEST W STANIE ODPOWIEDZIEĆ NA WSZYSTKIE NADSYŁANE PYTANIA,

DOTYCZĄCE RÓŻNYCH DROBNYCH SZCZEGÓŁÓW

Podczas lutowania końcówek elementów w otwo−
rach płytek drukowanych, stop lutowniczy (potocz−
nie zwany cyną) powinien silnie związać końcówkę
elementu z miedzią punktu lutowniczego. Aby to
nastąpiło, cyna musi dobrze zwilżyć powierzchnie
obu łączonych elementów. W zasadzie końcówki
elementów powinny być dobrze zwilżalne, to zna−
czy powinny chętnie przyjmować cynę na swą po−
wierzchnię. W tym celu końcówki elementów są al−
bo cynowane, albo pokrywane innymi stopami,
zwiększającymi przyczepność cyny. To samo doty−
czy płytek drukowanych. Powierzchnia pół lutowni−
czych jest zwykle pokrywana cyną i wtedy nie po−
winno być żadnych kłopotów z lutowaniem. Ama−
torzy pokrywają powierzchnie swoich płytek roz−
tworem kalafonii w denaturacie. Cieniuteńka war−
stewka kalafonii chroni powierzchnie miedzi przed
utlenianiem. Tak chroniona powierzchnia miedzi
bardzo dobrze przyjmuje potem cynę.
W przypadku lutowania nowych podzespołów na
świeżo wyprodukowanych płytkach cyna zazwy−
czaj bez problemu zwilża łączone powierzchnie
i powstaje połączenie o dobrej jakości.
Jednak w przypadku elementów (i niezabezpie−
czonych płytek) przechowywanych przez dłuższy
czas, zwłaszcza w wilgotnym i zanieczyszczonym
chemicznie otoczeniu, powierzchnie końcówek
elementów i punktów lutowniczych pokrywają się
cienką warstwą tlenków. Mówi się, że końcówki
i płytki są zaśniedziałe.
Cyna nie zwilża dobrze takich utlenionych po−
wierzchni. Po prostu cienka warstwa tlenku nie
pozwala cynie silnie związać się z końcówką. Mó−
wi się, że takie końcówki nie chcą się pobielić.
Nazwa „zimny lut” związana jest z powstawaniem
takich niespodzianek. Podczas podgrzewania
końcówki, zwłaszcza w obecności tak zwanego
topnika (np. kalafonii), cieniuteńka warstewka
tlenków ulega zniszczeniu, a topnik skutecznie
chroni przed utlenianiem podczas lutowania.
Jednak cyna (ściślej stop cyny z ołowiem) topi się
już w temperaturze około 200°C, natomiast znisz−
czenie warstwy tlenków i dobre zwilżenie powierz−
chni elementu następuje w wyższej temperaturze
i nie natychmiast, tylko w ciągu, powiedzmy jed−
nej, dwóch sekund.
Dobre rozgrzanie końcówki elementu i zastoso−
wanie świeżej cyny z topnikiem (a nie cyny z od−
zysku) zazwyczaj niszczy warstwę szkodliwych
tlenków. Niedostateczne rozgrzanie lutowanej
końcówki nie pozwala na dobre zwilżenie cyną –
stąd też pochodzi nazwa – zimny lut.
Aby uniknąć zimnych lutów, należy grzać końców−
kę elementu i jednocześnie dotykać cyną nie gro−
ta lutownicy, tylko tejże końcówki elementu, która
powinna być ustawiona pionowo. W wysokiej tem−
peraturze warstewka tlenków ulegnie najprawdo−
podobniej zniszczeniu i cyna dobrze zwilży koń−
cówkę, spływając po niej w dół aż do punktu lu−
towniczego. W przypadku takiego sposobu luto−
wania można zaobserwować, jak cyna zwilża koń−
cówkę, spływając po niej w dół. Jeśli natomiast
utleniona warstwa jest grubsza, to cyna nie będzie
sama spływać w dół po końcówce elementu,
a raczej będzie skłonna przyjmować kształt kulek.
W takim przypadku końcówki przed wlutowaniem
należy oczyścić mechaniczne (np. nożem) i wstęp−
nie pobielić świeżą cyną z topnikiem.

Początkujący amatorzy popełniają fatalny błąd,
lutując zbyt szybko i topiąc lutownicą cynę, a nie
końcówkę elementu. Obawy te często oparte są
na zaleceniach, by nie przegrzewać elementów
półprzewodnikowych.
Tymczasem taka nadmierna ostrożność często
prowadzi właśnie do powstania zimnych lutów.
Roztopiona cyna zwilża dobrze pole lutownicze,
ale niedostatecznie łączy się z końcówką elemen−
tu. Współczesne elementy elektroniczne przystoso−
wane są do lutowania automatycznego (np. na
tzw. fali). Płytka z wetkniętymi elementami jest
wtedy położona na kilka sekund na roztopionej
cynie. Elementy nie mogą przy tym ulec uszkodze−
niu. Przy lutowaniu ręcznym pojedynczych końcó−
wek dopuszcza się, by końcówka grzana była lu−
townicą o temperaturze ponad 300°C nawet
przez 10 sekund – takie dane zawarte są w kata−
logach. Tym bardziej przy umiejętnym lutowaniu,
gdy końcówka elementu grzana jest jedynie przez
2...3 sekund, elementowi nie grozi przegrzanie. Dla
delikatnych układów scalonych większym zagro−
żeniem od przegrzania są ładunki statyczne.
Próba bezpośredniego wlutowania zaśniedziałej
końcówki w płytkę często kończy się powstaniem
zimnego lutu. Najczęściej cyna zwiąże się wtedy
dobrze z płytką, natomiast końcówka elementu zo−
stanie oblana przez cynę, ale końcówka ta nie zo−
stanie zwilżona związana z cyną. Ponieważ wars−
tewki tlenków, choć bardzo cienkie, to jednak są
izolatorami, więc w pewnych warunkach wlutowa−
na końcówka nie ma połączenia elektrycznego
z płytką. Na wygląd wszystko wygląda w miarę dob−
rze, końcówka jest mechanicznie związana z płytką,
nie rusza się, ale połączenia elektrycznego brak.
W praktyce, jak to zwykle bywa, daje o sobie
znać złośliwość przedmiotów martwych. Po wluto−
waniu elementu, przez jakiś czas wszystko jest
w porządku – połączenie jest. Jednak gdy cyna
nie zwilżyła dobrze powierzchni elementu, z cza−
sem mogą wystąpić przerwy połączenia. Izolacyj−
na warstewka tlenków jest oczywiście bardzo
cienka, i jakikolwiek ruch końcówki przywraca
znów na jakiś czas połączenie. Za jakiś czas prze−
rwy występują znowu. Jest to bardzo irytujące, bo
stuknięcie w urządzenie może na jakiś czas po−
prawić sytuację, a próba odnalezienia takiego
zimnego lutu przez poruszanie kolejnych elemen−
tów jest zwykle skazana na niepowodzenie (choć
czasami daje dobry rezultat).
Wykrywanie zimnych lutów metodą stukania nie
jest więc polecane. Lepsze efekty daje natomiast
oziębienie podejrzanej płytki. W niskiej temperatu−
rze metale kurczą się. Jeśli końcówka rzeczywiście
nie została zwilżona przez cynę, to oziębienie płyt−
ki zazwyczaj prowadzi do przerwania połączenia,
które łatwiej wykryć, badając objawy niespraw−
ności. Między innymi do takich celów służy spe−
cjalny preparat oziębiający w aerozolu. Płytkę
należy spryskać preparatem, który gwałtownie
obniży temperaturę znacznie poniżej zera, a na−
stępnie próbować zlokalizować miejsce i przyczy−
nę niesprawności.
W urządzeniach własnej konstrukcji należy przede
wszystkim dobrze polutować płytkę, a nie szukać
potem zimnych lutów. Kluczowe znaczenie mają
przy tym: sposób lutowania (grać końcówkę, a nie
cynę) oraz użycie właściwej cyny z topnikiem.

Kupiłem kosztowny transformator toroidalny
450W 2x30V. Gdy podłączam go do sieci, cza−
sami wyskakują bezpieczniki. Dlaczego?
Rzeczywiście transformatory toroidalne większej
mocy sprawiają takie niespodzianki.

Przykładowo w redakcji badano transformator

toroidalny 200W 2x17W. Prąd jałowy tego trans−
formatora wynosi tylko 17mA. Oczekiwana war−
tość prądu pierwotnego przy nominalnym ob−
ciążeniu wynosi poniżej 1A (200W : 220V). Tym−
czasem w pierwszej chwili po włączeniu, w zależ−
ności od chwilowej wartości napięcia sieci, po−
jawiający się pojedynczy impuls prądu wielo−
krotnie przewyższa wszelkie oczekiwane wartoś−
ci. Jeśli moment włączenia przypadnie wtedy,
gdy chwilowe napięcie sieci ma wartość maksy−
malną (około 300V), to przez uzwojenie pierwot−
ne przepływa prąd o wartości szczytowej do 40A
(!) i czasie trwania do 4...5ms. Te impulsy mogą
być dodatnie lub ujemne, zależnie od chwilowej
wartości przebiegu sieci. Nic dziwnego, że im−
pulsy takie z łatwością przepalają bezpieczniki
o prądzie nominalnym nawet 2A!
Walka z tym zjawiskiem nie jest łatwa. Najprost−
szą sprawą jest wymiana bezpieczników na od−
powiednio większe, ale oczywiście wtedy trans−
formator nie jest zabezpieczony na wypadek
przeciążenia.
W literaturze pojawiło się już kilka układów z tria−
kiem i układem opóźniającym, przeznaczonych
właśnie do umieszczenia po stronie pierwotnej
transformatora toroidalnego dużej mocy. Układ
taki włącza triak w odpowiedniej chwili wtedy,
gdy chwilowe napięcie sieci jest niewielkie.
Postawione pytanie pochodzi z listu 15−letniego
hobbysty, który postanowił zbudować wzmac−
niacz audio dużej mocy. Nieprzypadkowo
w EdW często pojawia się stwierdzenie, że takich
zadań powinny podejmować się osoby z dłuż−
szym stażem. Opisany problem nie jest jedynym,
z jakim spotykają się entuzjaści wzmacniaczy
o mocach powyżej 100W.

Co to jest zimny lut i jak go można wykryć?

Co to jest monolityczny układ scalony?
Monolityczny układ scalony, to układ elektro−
niczny, gdzie w jednym płatku półprzewodnika
(krzemu) wykonano tranzystory, diody, rezystory,
ewentualnie kondensatory. Praktycznie wszyst−
kie obecnie spotykane układy scalone są więc
układami monolitycznymi. Obecnie na łamach
EdW w zasadzie nie trzeba już używać określenia
„monolityczny”, bo innych układów scalonych
nie prezentowaliśmy.
Te „inne” układy to na przykład układy hybrydo−
we, czyli mieszane, gdzie w obudowie układu
scalonego umieszczone są zarówno półprze−
wodniki, jaki ewentualnie elementy dyskretne.
Dawniej sporo słyszało się o układach cienko−
warstwowych i grubowarstwowych, dziś prze−
ciętny amator nie ma z nimi żadnego kontaktu.
Dawniej obecność układów innych niż monoli−
tyczne była łatwiej dostrzegalna, przykładowo
przed laty popularne były układy serii GML, mię−
dzy innymi wzmacniacze mocy. Dziś z takich
układów jest niewiele, najbardziej znaną rodziną
układów niemonolitycznych są wzmacniacze
mocy serii STK, stosowane do dziś przez niektó−
rych amatorów.