Проект радиоприемника своими руками

Радиоприемник своими руками Готовые работы

Введение. Пару слов о системах автоматизированного проектирования

Если вы начинающий радиолюбитель, то лучшим подарком самому себе на профессиональный праздник — День Радио может стать собранный своими руками радиоприемник. Ведь если всё сделать правильно, то он ещё может и заработать. Много для этого не нужно. Можно заказать готовую плату и компоненты к ней на сайте Мастер Кит и тогда останется только припаять нужные компоненты к нужным посадочным местам платы. А можно сделать всё своими руками от начала и до конца. Для этого достаточно иметь только пару рук, загнутых в нужную сторону, компьютер с выходом в интернет, немного свободного времени и желания.

Из двух озвученных выше путей получения радиоприемника своими руками мы выберем немного более длинный и богатый на разные приключения – путь номер 2. На всем его протяжении я буду пояснять и комментировать все этапы, иногда останавливаясь и рассматривая более подробно отдельные шаги. Не стоит думать, что всё нижеописанное касается только проектирования радио своими руками. На самом деле данную информацию можно использовать как методическую для проектирования любого аналогичного электронного устройства. 

Однако нас уже давно греет мысль о радиоприемнике, собранном своими руками — пора начинать. 
Любое проектирование начинается с принципиальной электрической схемы и прилагаемом к ней списке компонентов (наименования компонентов могут быть указаны на самой схеме).

Схему можно найти на просторах интернета, она может достаться по наследству от дедушки, а можно разработать её самому. Так или иначе, принципиальная электрическая схема и перечень — это Альфа. 
Далее стоит озадачиться глобальным вопросом «что делать дальше». А дальше можно сразу приступать к разработке печатной платы самодельного радиоприемника. Но перед этим я всё же советую озадачиться и решить важный жизненный вопрос — вопрос выбора подходящей САПР (Системы автоматизированного проектирования) – мощный инструмент для этой и будущих работ. Ещё мощнее он будет, если выбранная САПР будет поддерживать идею сквозного проектирования. То есть разработка принципиальной электрической схемы, печатной платы и 3D визуализация проекта будут выполнены в единой цифровой среде. И любые дополнения, либо изменения, вносимые в начальную стадию проекта, можно будет оперативно учесть в проекте платы или сборочном чертеже. Сама тема выбора подходящей САПР для проектирования радиоэлектронного устройства довольно обширна, субъективна и в данном случае выходит за рамки статьи.

Пока озадаченный читатель задумчиво и обстоятельно вникает в вышесказанное, сообщу, что для себя вопрос выбора среди многообразно-единообразных CAD систем для проектирования печатных плат я решил. Решил, остановив свой выбор на Diptrace и результатами своего выбора доволен по сей день. Первое, что сразу подкупает в Diptrace, это, конечно, гибкая ценовая политика: лицензию на данную программу для некоммерческого использования может приобрести даже студент (для самых простых некоммерческих проектов можно легально пользоваться бесплатной версией данной программы). Ну а если дела по сборке самодельного радиоприемника пойдут в гору, и вы захотите открыть своё производство, то вам достаточно будет расширить текущую лицензию, расширив её до коммерческой. Есть ещё много достоинств Diptrace, о которых меня так и подмывает рассказать, но нужно возвращаться к началу повествования — радиоприемник не ждёт. А всё остальное, это уже тема для отдельной статьи Diptrace Funout Article. 
Итак, выбрав САПР (независимо от вашего выбора очередность и сам принцип проектирования самодельного радиоприемника сильно не изменится) и пожелав себе удачи, шагнем судьбе навстречу.

Шаг 1. Разработка библиотеки проекта

Имея на руках принципиальную электрическую схему и список компонентов необходимо озаботиться о представлении этих данных в выбранной CAD системе.

Принципиальная электрическая схема самодельного радиоприемника
Рисунок 1 — Принципиальная электрическая схема самодельного радиоприемника

Можете, использовать готовые библиотеки данных, однако, по своему опыту, скажу, что лучше потратить немного больше времени, сделав свою пользовательскую библиотеку/библиотеки, которые будут выверены вами, адаптированы под вас и являться, несомненно, одними из самых ценных ваших наработок на будущее. 

Библиотеки любых CAD систем и Diptrace тому не исключение, довольно обширны, включают большое количество стандартных элементов (в ряде случаев даже имеются 3D модели на посадочные места компонентов) и могут являться отправной точкой для работы над своими библиотеками.

В качестве наглядного примера рассмотрим последовательность операций по созданию компонента схемы — потенциометра 16K1.

Данный компонент, как и любой другой, состоит из условно-графического обозначения (УГО), применяемого в принципиальной электрической схеме и посадочного места (pattern) на печатной плате.

Одно воплощение является функциональным отражением, другое – физическим. А вместе это потенциометр – 16K1. Однако, для создания полноценного компонента необходимо подружить УГО и pattern друг с другом. Для чего нужно склеивать эти осколки счастья в одно целое, почему бы не создавать сразу один компонент?! На самом деле всё очень просто и логично: существует большое количество элементов с одинаковыми условно-графическими обозначениями и не меньшее количество унифицированных корпусов радиоэлементов (резисторов, конденсаторов, транзисторов, микросхем, кнопок и т.д.). И среди этого многообразия существует масса компонентов с одинаковым УГО, но разными корпусами и, наоборот, масса компонентов с одинаковыми pattern, но разными УГО. Дабы не создавать каждый раз одни и те же составляющие компонентов, удобнее сопоставлять унифицированные части, сокращая время на создание библиотек компонентов, входящих в проект радиоэлектронного изделия.

Связь УГО и pattern в единый компонент
Рисунок 2 — Связь условно-графического обозначения компонента и его посадочного места в единый компонент

И конечно же вишенкой на торте создания компонента служит создание его геометрической 3D (трёхмерной) модели.

3D модель потенциометра 16K1
Рисунок 3 — Трёхмерная модель потенциометра 16K1

Как итог, получаем полноценный компонент потенциометра 16K1. Рекомендую указывать используемую при создании компонента документацию. В частности, для себя я это решил раз и навсегда – при разработке библиотеки проекта я всегда указываю не только datasheet компонента, но и делаю гиперссылку для быстрого ознакомления с необходимой информацией. Благо, средства Diptrace это позволяют.

Помимо ссылки на документацию в качестве дополнительной информации в отдельном меню (см. рисунок) вы можете указать любую информацию о компоненте, которую посчитаете нужной — год создания, возможные аналоги, тип корпуса, диапазон рабочих температур и т.п.

Оформление пользовательских библиотек Diptrace
Рисунок 4 — Общие и пользовательские свойства компонента 16K1 в Diptrace

Не лишней будет дополнительная графическая информация (внешний вид компонента) представленный в графическом слое. Данная информация обычно используется при создании сборочных чертежей и помогает существенно сократить время, необходимое на разработку и выпуск конструкторской документации на последующих этапах работы над электронным изделием. Обращаю на это внимание, поскольку в стандартных библиотеках программы (как и в большинстве аналогичных САПР) данная информация отсутствует (в лучшем случае имеется маркировочный слой шелкографии, да и то не всегда).

Как говорится – предупреждён, значит вооружён. Так что вооружайтесь знаниями и используйте их себе во благо.

Проделав перечисленные операции n-ное количество раз, соответствующее n-количеству разнородных компонентов, получаем библиотеку проекта и смело приступаем к созданию принципиальной электрической схемы, являющей собой отражение электрических связей устройства. 

Шаг 2. Создание принципиальной электрической схемы проекта

Если вы приступили к выполнению принципиальной электрической схемы, значит ваша работа готова на 30%, и вы движетесь в нужном направлении по пути проектирования своего первого радиоприемника.

Создание принципиальной схемы, равно как и её перенос в САПР Diptrace (если схема существует в бумажном виде или в формате электронной картинки) начинается с размещения компонентов на рабочем поле программы.

После расстановки компонентов схемы необходимо наладить мосты между ними, соединив наконец всё в единую принципиальную электрическую схему самодельного радиоприемника. 
В конце данного этапа получаем законченную принципиальную электрическую схему.

Принципиальная электрическая схема проекта в Diptrace
Рисунок 5 — Принципиальная электрическая схема самодельного радиоприемника, выполненная в Diptrace

Однако, прежде чем переходить к следующему шагу – проектированию печатной платы необходимо снизить трудоемкость работы сведя к минимуму вероятные ошибки печатной платы, проектированием которой мы займемся в ближайшем будущем. А для этого, необходимо поступить по совести – исключив из проекта ошибки, которые мы могли допустить при создании схемы и которые можем обнаружить и устранить с минимальными потерями имеющихся у нас ресурсов – времени, сил и психологического здоровья. Для этого запустим утилиту проверки ошибок DRC. 
Этот, казалось бы, необязательный шаг обязательно стоит делать каждый раз перед переносом информации в редактор печатных плат PCB Layout, взяв за правило. Особенно это касается крупных проектов, количество элементов которых исчисляется сотнями. 
По окончании работы данной утилиты мы получим сообщения об отсутствии ошибок и можно будет перейти к следующему шагу.

Проверка проекта Diptrace утилитой ERC
Рисунок 6 — Проверка проекта Diptrace утилитой ERC на предмет ошибок

Шаг 3. Проектирование печатной платы устройства

Импорт сложного геометрического контура. Компоновка

Получив зелёный свет от erc Diptrace движемся дальше. Пришло время заняться главными транспортными артериями для электрического тока – печатными проводниками. Для этого необходимо перенести файл связей из редактора схем Diptrace в редактор печатных плат.

Для импорта листа соединений в редактор печатных плат Diptrace (PCB Layout) выполним последовательно команды: Файл -> Преобразовать в плату (Ctrl+B) -> … Появится диалоговое окно, в котором необходимо будет радиокнопкой выбрать одно из двух предпочтений: «Использовать Схемотехнические правила» либо «Использ. правила и настройки из предыдущей платы». Я обычно использую первое, которое идет по умолчанию.

По итогу прочтения netlist (файл соединений), в главном поле редактора печатных плат Diptrace мы увидим корпуса компонентов (посадочные места которых мы приводили в соответствие их условно-графическим обозначениям на этапе разработки библиотеки проекта) и линии связи, соединяющие задействованные в нашей схеме выводы данных компонентов.

Импорт файла соединений в редактор печатных плат
Рисунок 7 — Импорт листа соединений в редактор печатных плат Diptrace PCB Layout

После чтения листа соединений следует определиться с контуром печатной платы. Если контур простой геометрической формы – прямоугольной или квадратной, его можно нарисовать средствами программы Diptrace. Однако геометрически сложные контуры печатных плат лучше рисовать в сторонних cad программах с последующим импортом в Диптрейс.

Для импорта сложного контура печатной платы выполним следующий порядок действий. 1. Нарисуем сложный контур используя средства сторонних программ; 2. Экспортируем сложный контур в формат .dxf; 3. Выполним чтение сложного контура программой Diptrace (редактор печатных плат): Файл -> Импорт -> DXF… Выбрав файл со сложным контуром (расширение .dxf) нажимаем «Открыть». В появившемся диалоговом окне выставляем «Размерности в DXF:» Миллиметры «Режим импорта:» Добавление Выбираем слой, который должен быть контуром нашей печатной платы и назначаем ему в соответствие слой Diptrace: «Соответствие:» Плата (название системного слоя Diptrace) Далее нажимаем кнопку «Импорт» Импорт сложного геометрического контура печатной платы в программе Diptrace выполнен.
Если в списке слоев, которые можно назначить в соответствие сложному контуру, отсутствует слой «Плата» (слой контурных границ печатной платы) – необходимо выйти из диалогового окна, удалить имеющийся на плате контур, после этого провести импорт сложного геометрического контура печатной платы заново.

Следующий вопрос, который обязательно нужно решить в процессе проектирования самодельного радиоприемника, в частности, да и практически любой печатной платы – в общем, – это, безусловно, компоновка (размещение на плате компонентов, входящих в состав разрабатываемого устройства. В процессе работы над трассировкой (разводкой) печатной платы компоновка будет претерпевать локальные изменения месторасположения отдельных компонентов. Однако глобально решить этот вопрос лучше, как можно раньше. 

Трассировка

На начальных этапах трассировки печатной платы лучше придерживаться разграничения направления трассировки на отдельных слоях. Например, проводники, расположенные в верхнем слое располагать преимущественно горизонтально, проводники нижнего слоя – вертикально и т.д. Однако, поскольку затронута тема самодельной электроники – логично предположить, что изготовления печатной платы будет выполняться своими силами. Следовательно, целесообразнее будет трассировку платы выполнить с одной стороны (для большей технологичности изготовления платы в домашних условиях методом ЛУТ технологии). Ввиду этого проводники стараемся проводить рационально, используя свободные пространства печатной платы. 
Закончив трассировку и наведя марафет на печатную плату самодельного радиоприемника, обязательно проверяем её на соответствие правилам проектирования, запустив drc утилиту. Обнаруженные с его помощью ошибки устраняем, пока не получим заветное сообщение «ошибок не обнаружено».

Если нужно оперативно внести изменения в схему не стоит пугаться и расстраиваться раньше времени – САПР сквозного проектирования Diptrace позволяет оперативно учесть изменения принципиальной электрической схемы в печатной плате электронного устройства.
Для этого, внесем изменения в принципиальную электрическую схему, сохраним файл, после чего из редактора печатной платы (PCB Layout) программы Diptrace выполним команды Файл -> Обновить структуру из схемы -> По компонентам…

Далее следует самый простой шаг (при условии, что мы честно отработали этап проектирования библиотек проекта) — 3d визуализация печатной платы. Для этого нажимаем кнопку 3D командной панели редактора печатных плат (PCB Editor), ждем отрисовки всех моделей компонентов и любуемся полученным результатом.

Плата радиоприемника - вид сверху
Рисунок 8 — Плата самодельного радиоприемника (главный вид)

Можно посмотреть на плату в разных ракурсах.

Плата самодельного радиоприемника - вид сбоку
Рисунок 9 — Плата самодельного радиоприемника (вид сбоку)

Если 3D визуализатор печатной платы Diptrace не находит трехмерную модель одного или нескольких компонентов – на экран выводится меню типа:

Создание 3D модели печатной платы - информационное меню
Рисунок 10 — Информационное меню подключения к корпусам трехмерных моделей

В этом случае необходимо назначить посадочному месту компонента 3D модель формата .step или .vrml выбрав из уже имеющихся, либо нарисовав её в любом из 3d редакторов и экспортировав её в один из вышеуказанных форматов. 
После этого 3d модель спроектированной печатной платы самодельного радиоприемника со всеми установленными компонентами можно экспортировать для дальнейшего использования. Например, для разработки конструкторской документации, в частности сборочного чертежа печатной платы. 

По желанию, можно взглянуть на 3D модель печатной платы без элементов.
3D модель печатной платы
Рисунок 11 — Трёхмерная модель платы самодельного радиоприемника

Шаг 4. Разработка конструкторской документации 

Ещё раз взглянув на схему и порадовавшись скорому завершению творческого пути по проектированию самодельного радиоприемника переходим к следующему этапу – разработке конструкторской документации. 
Конструкторская документация для изготовления печатного узла как правило состоит из чертежа принципиальной электрической схемы, перечня элементов, сборочного чертежа и спецификации. 
В отдельных случаях могут понадобиться детальный чертеж и чертеж трассировки. В рассмотренном проекте разработаем конструкторскую документацию по всем вышеперечисленным пунктам. 
Начнём с принципиальной электрической схемы и перечня компонентов. Здесь особых проблем и сложностей быть не должно — чертеж принципиальной электрической схемы почти полностью будет повторять принципиальную электрическую схему из схемотехнического редактора Diptrace. Изменения в основном будут носить косметический характер — добавление рамки штампа и изменение шрифта надписей на ГОСТовский. 
Принципиальная электрическая схема самодельного радио представлена на рисунке 12.

Принципиальная электрическая схема радиоприемника
Рисунок 12 — Принципиальная электрическая схема радиоприемника

К принципиальной электрической схеме обязательно прилагается перечень компонентов, в котором позиционным обозначениям компонентов принципиальной электрической схемы приводятся в соответствие их полные наименования. Перечень компонентов представлен на рисунке 13.

Перечень элементов радиоприемника
Рисунок 13 — Перечень элементов печатной платы радиоприемника

На детальном чертеже печатной платы изображены все геометрические размеры с допусками, необходимые для изготовления печатной платы радиоприемника, таблица с условными обозначениями отверстий их параметрами, а также техническими требованиями для изготовления. Для плат с элементами поверхностного монтажа (SMD – компонентами) в состав детального чертежа входит чертеж трафарета.

Детальный чертеж печатной платы радиоприемника
Рисунок 14 — Детальный чертеж печатной платы радиоприемника

Чертеж трассировки содержит следующую информацию о разрабатываемой печатной плате: основные слои,– проводящие, маркировочные, – масочные слои защитного покрытия, параметры и порядок размещения проводящих слоев, допустимые замены материалов, информацию о слоях печатной платы их конфигурации, технические требования.

Чертеж трассировки печатной платы
Рисунок 15 — Чертеж трассировки печатной платы радиоприемника

Сборочный чертеж печатной платы включает в себя общий вид печатной платы с установленными на ней компонентами, вид сбоку и дополнительный вид печатной платы снизу (при двухстороннем расположении компонентов), габаритно-присоединительные размеры, варианты установки и технические требования к печатному узлу.

Сборочный чертеж печатной платы радиоприемника
Рисунок 16 — Сборочный чертеж печатной платы радиоприемника

Завершающим аккордом в разработке КД является спецификация – самый главный документ. Спецификация включает в себя всю конструкторскую документацию, необходимую для изготовления комплекта изделия: принципиальную электрическую схему, сборочный чертёж, чертежи платы и трассировки, перечень элементов, стандартные изделия, детали и материалы. Какие-то документы могут исключаться из неё, например, детальный чертеж или чертеж трассировки. Какие-то добавляться, например, инструкция по программированию. 

Плата радиоприемника - спецификация
Рисунок 17 — Спецификация печатной платы радиоприемника

Вот и пришло время заканчивать нашу небольшую историю по разработке самодельного радиоприемника, начиная с технического задания в виде принципиальной электрической схемы и заканчивая данными для изготовления и полным комплектом конструкторской документации.

Есть ещё много интересных электронных устройств, но это уже другие истории. 

Файлы для скачивания

Скачать принципиальную электрическую схему самодельного радиоприемника

Скачать 3D модель (трёхмерное представление) печатной платы радиоприемника

Скачать сборочный чертеж печатной платы самодельного радиоприемника

Скачать детальный чертеж печатной платы самодельного радиоприемника

Скачать чертеж трассировки печатной платы радиоприемника

Скачать перечень элементов радиоприемника лист 1

Скачать перечень элементов радиоприемника лист 2

Скачать перечень элементов радиоприемника лист 3

Скачать спецификацию радиоприемника

Для получения исходников платы в формате PCAD, DIPTRACE, EAGLE — пожалуйста свяжитесь со мной
pcbdesigner.ru
Оцените автора
Сайт разработчика печатных плат