Обмотка проводов

редактировать
Крупный план соединения с обмоткой проводов

Обмотка проводов - это метод сборки электронных компонентов, который был изобретен для провод телефон перекрестные переключатели, а позже адаптированные для создания электронных печатных плат. Электронные компоненты, установленные на изолирующей плате, соединяются отрезками изолированного провода, проходящего между их выводами, причем соединения выполняются путем наматывания нескольких витков неизолированных участков провода вокруг вывода компонента или штифт розетки.

Провода можно наматывать вручную или машинным способом, а впоследствии можно вручную модифицировать. Он был популярен для крупномасштабного производства в 1960-х и начале 1970-х годов и до сих пор используется для небольших серий и прототипов. Этот метод исключает разработку и изготовление печатной платы . Обмотка проводов необычна среди других технологий прототипирования, поскольку она позволяет производить сложные сборки с помощью автоматизированного оборудования, а затем легко ремонтировать или изменять вручную.

Конструкция с проволочной обмоткой позволяет создавать сборки, которые более надежны, чем печатные схемы: соединения менее склонны к выходу из строя из-за вибрации или физических нагрузок на основной плате, а отсутствие припоя исключает дефекты пайки, такие как коррозия, холодные и сухие соединения. Сами соединения стали более прочными и имеют меньшее электрическое сопротивление из-за холодной сварки провода к клеммной колодке по углам.

Обмотка проводов использовалась для сборки высокочастотных прототипов и небольших серий производства, включая гигагерцовые микроволновые схемы и суперкомпьютеры. Он уникален среди методов автоматизированного прототипирования тем, что можно точно контролировать длину проводов, а скрученные пары или скрученные квадраты с магнитным экраном можно прокладывать вместе.

Конструкция с проволочной оберткой стала популярной примерно в 1960 году в производстве печатных плат, и сейчас ее использование резко сократилось. Технология поверхностного монтажа сделала этот метод менее полезным, чем в предыдущие десятилетия. Беспаечные макеты и снижение стоимости профессиональных печатных плат практически устранили эту технологию.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Рекомендации по применению
  • 3 История
  • 4 Ручная намотка проволоки
  • 5 Полуавтоматическая намотка проволоки
  • 6 Автоматическая намотка проволоки
  • 7 Автоматизация проектирования
  • 8 Телекоммуникации
  • 9 См. Также
  • 10 Внешние ссылки
  • 11 Ссылки

Обзор

Ручной инструмент для наматывания / снятия изоляции Механический инструмент для намотки проводов Инструмент для намотки электрических проводов

A Правильно выполненное соединение проволочной оберткой для провода 30 или 28 AWG представляет собой семь витков (меньше для большего провода) неизолированного провода с половиной или половиной витков изолированного провода внизу для снятия натяжения. Таким образом, квадратный позолоченный штифт образует 28 дублирующих контактов. Покрытие из посеребренной проволоки приваривается к золоту. Если происходит коррозия, она возникает на внешней стороне проволоки, а не на газонепроницаемом контакте, куда кислород не может проникнуть с образованием оксидов. Правильно сконструированный инструмент для намотки проволоки прилагает к каждому стыку до двадцати тонн силы на квадратный дюйм.

Электронные компоненты иногда подключаются к розеткам. Гнезда прикреплены с помощью цианоакрилата (или силиконового клея) к тонким пластинам из армированного стекловолокном эпоксидной смолы (стекловолокна ).

Розетки имеют квадратные стойки. Обычные стойки имеют квадрат 0,025 дюйма (0,64 мм), высоту 1 дюйм (25,4 мм) и интервалы между ними 0,1 дюйма (2,54 мм). Столбы премиум-класса изготовлены из твердотянутого сплава бериллия и меди, покрытого золотом толщиной 0,000025 дюйма (630 нм) для предотвращения коррозии. Менее дорогие столбы - бронза с оловянным покрытием.

Два отверстия на конце ручного инструмента для намотки проволоки. Проволока входит в то, что у края, а столб вставляется в отверстие в центре

30 калибра (~ 0,0509 мм) мягкое серебро с покрытием Медный провод изолирован фторуглеродом, который не выделяет опасных газов при нагревании. Самый распространенный утеплитель - «Кынар ».

Проволока 30 AWG Kynar разрезается на стандартные отрезки, затем с каждого конца удаляется изоляция на один дюйм.

«Инструмент для намотки проволоки» имеет два отверстия. Провод и ⁄ 4 дюйма (6,4 мм) изолированного провода помещают в отверстие рядом с краем инструмента. Отверстие в центре инструмента размещается над стойкой.

Инструмент быстро поворачивается. В результате вокруг столба наматывается от 1,5 до 2 витков изолированного провода, а выше - от 7 до 9 витков оголенного провода. Почта имеет место для трех таких подключений, хотя обычно требуется только одно или два. Это позволяет использовать при ремонте ручную обмотку проводов.

Полтора витка изолированного провода помогают предотвратить усталость провода в месте его соприкосновения со стойкой.

Выше витка изолированного провода оголенный провод наматывается на столб. Углы стойки врезаются с давлением в тонны на квадратный дюйм. Это вытесняет все газы из области между серебряной пластиной проволоки и золотыми или оловянными углами столба. Кроме того, при 28 таких соединениях (семь витков на четырехугольной стойке) существует очень надежное соединение между проводом и стойкой. К тому же углы стоек довольно «острые»: у них совсем небольшой радиус кривизны.

Есть три способа размещения проводов на плате.

В профессионально изготовленных платах с обмоткой провода длинные провода помещаются первыми, чтобы более короткие провода механически закрепляли длинные провода. Также, чтобы сборка была более ремонтопригодной, провода накладываются послойно. Концы каждого провода всегда находятся на одной высоте на стойке, поэтому для замены провода необходимо заменить не более трех проводов. Также, чтобы слои было легче видеть, они сделаны с утеплителем разных цветов. В компактных или пригодных для полета сборках с проволочной оберткой провода заключены в коробки и могут быть покрыты воском для уменьшения вибрации. Эпоксидная смола никогда не используется для покрытия, потому что она делает сборку непригодной для ремонта.

Рекомендации по применению

Wrapped Z80 объединительная плата компьютера 1977

Wire-wrap хорошо работает с цифровыми схемами с небольшим количеством дискретных компонентов, но менее удобен для аналоговых систем с большим количеством дискретных резисторов, конденсаторы или другие компоненты (такие элементы можно припаять к разъему и вставить в розетку для проволочной обмотки). Розетки - это дополнительные затраты по сравнению с непосредственной вставкой интегральных схем в печатную плату, и они увеличивают размер и массу системы. Множественные жилы проводов могут создавать перекрестные помехи между цепями, что не имеет большого значения для цифровых цепей, но является ограничением для аналоговых систем. Соединенные между собой провода могут излучать электромагнитные помехи и иметь менее предсказуемый импеданс, чем печатная плата. Конструкция с обмоткой проводов не может обеспечить заземляющие поверхности и плоскости распределения питания, которые возможны при использовании многослойных печатных плат, что увеличивает вероятность шума.

История

Примеры намотанных вручную сращиваний Western Union Провод обернутая объединительная плата компьютера IBM 1401, представленного в 1959 году

Обмотка проводов происходит от традиции сращивания канатов. Ранняя обмотка проводов производилась вручную; медленный и осторожный процесс. Обмотка проводов использовалась для сращивания и для отделки концов кабелей в проводах подвесного моста и другой тросовой оснастке, обычно с проволокой меньшего диаметра, наматываемой на большую проволоку или пучок проводов. Эти методы были чисто механическими, чтобы добавить прочности или предотвратить истирание.

В конце 19 века телеграфные линейные мастера разработали методы создания сращивания проводов, которые были бы механически прочными и также переносили бы электричество. Соединитель Western Union был самым прочным из таких соединителей с проволочной обмоткой. Обертки могут быть покрыты припоем для еще большей прочности и предотвращения окисления между проводами.

Намотанные вручную провода были обычным явлением в начале 20 века в конструкции электроники точка-точка методы, в которых требовалось прочное соединение для удержания компонентов на месте. Провода вручную наматывались на клеммы или выступы, а затем паялись.

Современная намотка проводов в CFL

Современная технология намотки проводов была разработана после Второй мировой войны в Bell Laboratories как средство электрических соединений в новом реле, предназначенном для использования в Телефонная система Bell. Группа разработчиков, возглавляемая Артуром К. Келлером, разработала «Пистолет Келлера для обертывания», и вся система обертывания была передана Western Electric для промышленного применения. После того, как комитет «Сделай или купи» в Western Electric решил, что ручной инструмент изготовит внешний поставщик, Western Electric разослала контракт на инструмент для участия в торгах. Компания Keller Tool из Гранд-Хейвена, штат Мичиган, поставщик вращающихся ручных инструментов для Western Electric, выиграла контракт и внесла несколько изменений в конструкцию, чтобы упростить производство и использование инструмента. Келлер начал производство инструментов в 1953 году и впоследствии получил лицензию от Western Electric, разрешающую продажу технологии на открытом рынке. Инструмент продавался под своим первоначальным названием - так как имя производителя случайно совпало с именем изобретателя.

Первые транзисторные компьютеры IBM, представленные в конце 1950-х годов, были построены с использованием стандартной модульной системы IBM, в которой использовались объединительные платы с обмоткой проводов.

Ручное наматывание проводов

Типичная конструкция намотки проводов телефона Bell System переключающего переключателя. Некоторые типы соединений были спаяны.

Ручной инструмент для намотки проводов напоминает маленькую ручку. Удобен при мелком ремонте. Wire wrap - одна из самых ремонтируемых систем сборки электроники. Столбы можно перематывать до десяти раз без заметного износа при условии, что каждый раз используется новая проволока. Немного более крупные работы выполняются с помощью ручного «пистолета для намотки проволоки», имеющего зубчатую и подпружиненную зажимную рукоятку для быстрого вращения долота.

Такие инструменты в большом количестве использовались на американских телефонных станциях в последней трети 20-го века, обычно с большим битом для работы с проводом 22 или 24 AWG, а не с меньшим 28 или 30 AWG используется в печатных платах и ​​объединительных платах. Большие сообщения можно перематывать сотни раз. Они сохранились и в 21 веке в распределительных коробах, где соединители смещения изоляции не использовались полностью. Большие ручные высокоскоростные электрические пистолеты для обмотки заменили пайку в конце 1960-х годов на постоянную проводку при установке оборудования обмена. В середине 1980-х их постепенно заменили кабелями с разъемами.

Управляющий компьютер Apollo с его коротким производственным циклом и строгими требованиями к надежности был одним из первых применений проволочной обмотки для сборки компьютеров.

Полуавтоматическая намотка проводов

Объединительная плата KL10, пример полуавтоматической намотки проводов витыми парами

Полуавтоматические системы намотки проводов с питанием размещают «пистолеты для намотки проводов» на рычаги, перемещаемые в двух направлениях двигатели с компьютерным управлением. Пистолеты опускаются вручную и нажимают на спусковой крючок, чтобы сделать обертку. Провода вставляются в пистолет вручную. Эта система позволяет оператору размещать провода, не беспокоясь о том, правильно ли они вставлены, поскольку компьютер правильно размещает пистолет.

Полуавтоматическая намотка проводов уникальна среди систем прототипирования, поскольку позволяет размещать витые пары и скрученные магнитно-экранированные квадраты, что позволяет собирать сложные радары и высокоскоростные цифровые схемы.

Автоматическая обмотка проволоки

PDP-8 I объединительная плата, пример автоматической обмотки проволоки

Автоматизированные машины для намотки проволоки, произведенные компанией Gardner Denver в 1960-х и 1970-х годах, были с возможностью автоматической прокладки, обрезки, снятия изоляции и наматывания проводов на электронную «объединительную плату» или «печатную плату». Машины приводились в действие инструкциями по подключению, закодированными на перфокартах, майларовой перфоленте и ранних микрокомпьютерах.

Самые ранние машины (например, модели 14FB и 14FG) изначально были сконфигурированы как «горизонтальные», что означало, что плата для намотки проволоки была помещена вверх дном (штифтами вверх) на горизонтальную пластину для инструментов, которая затем была закатан в машину и зафиксирован на вращающемся (четырехпозиционное положение стола TRP) и смещении (PLP = продольное положение поддона 11 положений) в сборе поддонов. Эти машины включали очень большие гидравлические блоки для питания сервоприводов, которые приводили в движение приводные каретки «A» и «B» с шариковинтовой передачей, шкаф для электроники высотой 1,8 м, загруженный сотнями управляющих реле IBM, множество десятков соленоидов для управление различными пневматико-механическими подсистемами и кард-ридер IBM 029 для инструкций по позиционированию. Сами автоматические машины для намотки проволоки были довольно большими, 6 футов (1,8 м) в высоту и 8 футов (2,4 м) в квадрате. Обслуживание машин было чрезвычайно сложным и часто требовало лазания внутри них, чтобы просто поработать над ними. Это может быть довольно опасно, если предохранительные блокировки не обслуживаются должным образом.

Позже машины несколько меньшего размера были «вертикальными» (14FV), что означало, что доски размещались на инструментальной плите штифтами, обращенными к оператору станка. Исчезли гидравлические агрегаты в пользу двигателей с прямым приводом для вращения шарико-винтовой пары с энкодерами для обеспечения обратной связи по позиционированию. Это обычно обеспечивает лучшую видимость продукта для оператора, хотя максимальная площадь обертывания была значительно меньше, чем у горизонтальных машин. Максимальная скорость на горизонтальных машинах обычно составляла около 500-600 проводов в час, в то время как вертикальные машины могли достигать скорости до 1200 в час, в зависимости от качества платы и конфигурации проводки.

Автоматизация проектирования

При наложении проводов автоматизация проектирования электроники может спроектировать плату и оптимизировать порядок размещения проводов.

Некоторые системы могут принимать проекты логики высокого уровня, написанные на языке проектирования, подобном VHDL или Verilog, и компилировать проекты для автоматического создания схемы и ведомость материалов. Обычно они позволяют моделировать и отлаживать логические схемы до того, как логические схемы будут фактически построены.

CAD для переноса проводов требует, чтобы схема была закодирована в список соединений. Список соединений концептуально представляет собой список контактов, которые должны быть подключены, с соответствующим именем сигнала для всех контактов, которые касаются сигнала. Этот шаг, который в старых системах часто выполнялся вручную, теперь выполняется автоматически программами EDA, выполняющими «схематический захват». Ручное аннотирование обычно все еще требуется для специальных сигналов, таких как высокоскоростные, сильноточные или чувствительные к шуму цепи, или специальные методы построения, такие как витые пары или особая маршрутизация. Аннотации кодируются в поле каждой записи списка цепей.

Следующим шагом было закодировать положение контактов каждого устройства. Один простой способ закодировать положение строк с буквами и пронумерованных столбцов. Затем устройства и контакты были переименованы с таких имен, как U36-2, т.е. контакт 2 интегральной схемы номер 36, на такие имена, как A01-2, для контакта 2 интегральной схемы в строке A, столбце 01. Используя прецизионную линейку, техник измеряет расстояния между рядами и столбцами от просверленного отверстия на плате и вводит результат измерения в файл.

Тип каждого устройства также вводится в отдельный файл, связанный с именем устройства. Например. A01 обозначается как 74C00.

Затем компьютерная программа «разворачивает» список устройств, координаты и описания устройств в полный список контактов для платы, используя шаблоны для каждого типа устройства. Шаблон - это карта контактов устройства. Его можно закодировать один раз, а затем использовать для всех устройств этого типа.

Некоторые системы могут затем оптимизировать конструкцию, экспериментально меняя местами эквивалентные части и логические элементы, чтобы уменьшить длину провода. После каждого перемещения соответствующие выводы в списке соединений должны быть переименованы.

Некоторые системы также автоматически обнаруживают выводы питания в интегральных схемах и создают списки соединений, соединяющие их с ближайшими выводами питания на плате. Если это сделано, могут быть назначены любые специальные аннотации или цвета (например, белый для тактовых сигналов или красный для питания), потому что эти программы хорошо знакомы с выводами интегральной схемы.

Затем компьютерная программа сортирует как список цепей, так и список контактов в алфавитном порядке по имени контакта. Затем он читает оба списка. Когда имя вывода в списке соединений совпадает с именем вывода в списке выводов, он копирует физические координаты из списка выводов в список соединений.

Затем список цепей сортируется по имени цепи, так что все выводы каждой цепи находятся вместе. Следующая программа меняет порядок контактов в каждой цепи, чтобы сократить провода. Это снижает стоимость платы за счет уменьшения длины проводов. Он также позволяет передавать сигналы быстрее за счет уменьшения емкости сети и потребляет меньше энергии за счет уменьшения сопротивления каждого провода. Когда требуются высокие токи, сечения проводов можно уменьшить вдвое (или для более высоких токов можно использовать стандартные размеры цифровых проводов), разводя цепи в виде кругов, а не последовательностей. Некоторым высокоскоростным сигналам требуется драйвер на одном конце и резистор на другом для поглощения отражений.

Эта проблема маршрутизации эквивалентна задаче коммивояжера, которая является NP Complete и поэтому не может быть решена в разумные сроки. Один из практических алгоритмов маршрутизации состоит в том, чтобы выбрать вывод, наиболее удаленный от центра платы, а затем использовать жадный алгоритм для выбора следующего ближайшего неразведенного вывода с тем же именем сигнала.

После маршрутизации каждая пара узлов в сети переписывается, чтобы стать проводом в «списке проводов». Поскольку список сигнальных выводов переписывается как список проводов, программа может назначать атрибуты в записях, чтобы указать, является ли провод верхним или нижним. Это просто: начните с низа. Следующая проволока - верхняя. Следующий провод - нижний и т. Д. Поскольку назначены нижний и верхний провода, им также можно назначить выбранные цвета проводов для нижнего и верхнего. Обычно для нижних проводов используется синий цвет, а для верхних - желтый. Такое расположение позволяет производить ремонт или модификацию вручную с удалением не более трех проводов.

После этого плата с произвольной разводкой может иметь размеры проводов, рассчитываемые как расстояние между выводами, плюс зачищенные расстояния на каждом конце, плюс процент (обычно 5%) для провисания.

Если провода должны быть проложены по полосам (требуется для некоторых высокочастотных или малошумных сигналов), отдельная программа маршрутизации считывает файл "дорожек", чтобы определить, где можно разместить проложенные по полосам провода. доска. Затем он вставляет "команды пальцев" в каждую запись провода, чтобы автоматические машины для намотки проводов или техники по сборке могли поместить тело провода в полосу прокладки. В то же время он пересчитывает длину провода, чтобы его можно было правильно проложить.

Если плата должна быть проложена вручную, что необходимо для нестандартных инструкций по прокладке, витых пар и четырехпроводных магнитных оплеток, размеры проводов переделываются в стандартные размеры. Это позволяет мастеру-сборщику брать провода из бункеров предварительно зажатой проволоки стандартной длины.

Затем список проводов сортируется в алфавитном порядке в оптимальную последовательность сборки. Нижние провода размещаются перед верхними проводами. Длинные провода обычно сначала помещают на уровень, чтобы более короткие провода удерживали более длинные. Это снижает вибрацию более длинных проводов, делая плату более прочной в условиях вибрации, например в автомобиле. Одновременное размещение всех проводов определенного размера и уровня позволяет мастеру-сборщику использовать предварительно обрезанные и предварительно обрезанные провода при использовании полуавтоматической машины для намотки проводов. Провода разных цветов, но одинакового размера также сортируются для размещения вместе. Составлен список проводов и других элементов, необходимых для сборки, который сортируется и распечатывается для использования операторами станка и превращается в ленту или карточную колоду для машины. Этот список также позволяет собирать материалы перед запуском производства.

Для ручного и полуавтоматического обертывания провода направление размещения провода может быть оптимизировано для правшей операторов, так что провода размещаются справа налево. Полностью автоматизированным машинам для обмотки проволоки все равно. Но в полуавтоматической системе намотки проволоки при наложении проволоки головка ленты перемещается от руки пользователя. Это увеличивает безопасность. Это также помогает пользователю использовать сильную руку и глаз для прокладки провода. Другая оптимизация заключается в том, что в пределах каждой длины и цвета провода компьютер выбирает следующий провод, так что головка намотки перемещается к ближайшему выводу, который находится справа от предыдущего вывода. Это может сэкономить до 40% времени сборки, почти получая две машины для намотки проволоки по цене одной. Это также снижает износ машин для намотки проволоки и позволяет специалистам по сборке размещать больше проволоки в час.

Телекоммуникации

В телекоммуникациях накрутка проводов широко используется в современных сетях связи для перекрестных соединений медной проводки. Например, большинство телефонных линий от за пределами завода идут к панелям с прокладкой проводов в центральном офисе, независимо от того, используются ли они для POTS, DSL или T1 строки. Обычно в главном распределительном щите Назначения внутренних перекрестных объектов и Назначения внешних перекрестных объектов соединяются вместе с помощью перемычек, которые обернуты проводом. Обмотка проводов популярна в телекоммуникациях, поскольку это один из самых безопасных способов подключения проводов, обеспечивающий отличный и надежный контакт на уровне данных. Панели Wirewrap рассчитаны на высокое качество услуг передачи данных, включая проводку категории категории 5. Основным конкурентом в этом приложении является перфоратор, который быстрее, но менее безопасен.

См. Также

  • значок Портал электроники

Внешние ссылки

  • [1] Перфокарта, используемая для управления электропневматическая машина для намотки проволоки.
  • [2] Burroughs Corporation рекламный видеоролик, показывающий машину для намотки проволоки в 09:50.
  • [3] Описательное руководство для вышеуказанной машины, производства Gardner Denver.

Ссылки

На Викискладе есть материалы, относящиеся к обмотке проводов.
Последняя правка сделана 2021-06-21 11:53:42
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте