Proč UV osvit?

LED UV osvit s PIC16F1826

Jakmile se dáte do bastlení elektroniky, tak nejprve začnete své první pokusy o zapojení elektrického obvodu tím stylem, že dráty zakroutíte k sobě, popřípadě sáhnete po trafopájce a spojíte je cínem. Pokud zapojujete obvod složený ze zdroje, vypínače a žárovky, tak to opravdu stačí. Ale co potom, když budete potřebovat spojit složitější elektrický okruh, který bude obsahovat nějaký integrovaný obvod, spoustu kondenzátorů, odporů, cívek a podobně? Nezbyde vám nic jiného, než hledat lepší způsob, jak propojit obvod. Když se podíváte na rozebrané elektrické spotřebiče, tak uvidíte součástky naletované na deskách. Těmto deskám se říká zkráceně DPS – deska plošných spojů. Ano, to je přesně ono. DPS mají spoustu výhod, např. mohou eliminovat šum, který vzniká ve vodičích díky indukci, tím dochází k rušení a může to způsobit zkreslení signálu. Pokud se budete zabývat akustickými obvody, tak často budete zjišťovat, v jakých místech dochází k rušení. To platí i pro vysokofrekvenční obvody atd. Samozřejmě, že DPS nevyřeší úplně problém s rušením, protože i samotné součástky, jako například rezistory mohou způsobovat šum, protože na nich může vznikat parazitní kapacita. Další jasná výhoda je v tom, že součástky máte na jedné desce. Propojená cestička na DPS je kratší než cesta za použití vodičů a tím se snižuje i odpor. DPS je deska cuprextitu, na které je nanesena tenká vrstva mědi – jen několik málo mikrometrů. DPS může být jednostranná, oboustranná nebo i vícevrstvá. V domácích podmínkách budete nejčastěji vyrábět jednovrstvé DPS, ale v nouzi, pokud budete potřebovat co nejmenší DPS, tak se dá vyrobit i oboustranná DPS. Vícevrstvé DPS potkáte v každém počítači. Samotná základová deska má 5 a více vrstev. Pokud byste potřebovali vyrobit vícevrstvou DPS, tak to budete muset zadat nějaké firmě, která se výrobou DPS zabývá :). Ale při domácí výrobě si vystačíte s jednovrstvou maximálně dvouvrstvou DPS.

A teď k původní otázce, proč UV osvit? Protože DPS můžeme vyrobit různými způsoby. Všechny způsoby se liší hlavně v první části, resp. způsobu přenesení návrhu DPS na cuprextit. Potom následuje leptání, aby na DPS zůstaly pouze měděné cestičky.

1. způsob – Výroba DPS ručním nakreslením

Ručně namalovat cestičky starým lakem na nehty nebo fixem na výrobu DPS na měď. Po zaschnutí laku/fixu přejdeme k leptání. Tento způsob je dost pracný, ale na nějaké malé desky, určené třeba jen na základní propojení, bohatě postačí.

2. způsob – Výroba DPS nažehlením toneru

Namalujeme schéma daného obvodu v nějakém počítačovém programu například v Eaglu a následně ze schématu si namalujeme DPS. Namalovanou DPS poté vytiskneme na speciální nažehlovací fólii laserovou tiskárnou. Poté přiložíme fólii potištěnou stranou na stranu cuprextitu, kde je měď. Následně zažehlíme a na mědi zůstane toner z tiskárny, který vytváří cestičky na DPS.

3. způsob – Výroba DPS fotocestou

Výroba fotocestou spočívá v přenesení předlohy na DPS světlem, respektive UV zářením. Trik spočívá v tom, že fotocitlivý lak je citlivý na UV záření. Tam kde nezůstane fotocitlivý lak zakryt a dopadne na něj UV záření, naruší se jeho struktura. Takže když máme černě vytištěnou předlohu plošného spoje na průhledné fólii, zůstane fotocitlivý lak neporušený v místech cestiček. Narušený lak potom „smyjeme“ ve vývojce, respektive vyvoláme obraz a poté na mědi zůstane jen fotocitlivý lak ve tvaru našeho plošného spoje. Pro výrobu DPS fotocestou potřebujeme cuprextit, na kterém je nanesena vrstva fotocitlivého laku na mědi. Máme dvě možnosti, jak tento cuprextit získat. Za prvé máme obyčejný cuprextit bez fotocitlivé vrstvy. Koupíme si sprej s fotocitlivou vrstvou a následně podle pokynů nastříkáme na cuprextit ze strany mědi. Nebo si rovnou můžeme koupit cuprextit již s nanesenou fotocitlivou vrstvou. Dále budeme potřebovat zdroj UV záření, vývojku, leptací roztok a mít vytištěnou předlohu DPS na průhlednou fólii nebo na pauzovací papír, kterou jsme si předtím navrhli v Eaglu. Vytištěnou předlohu musíme zrcadlově otočit, než jak ji máme namalovanou v Eaglu a poté přiložit na měděnou stranu cuprextitu a zatížit tabulkou skla nebo plexy skla. Poté dáme takto připravený cuprextit do UV osvitu. Tuhle akci musíme udělat co nejrychleji, protože jakmile vystavíme cuprextit s fotocitlivou vrstvou na denní světlo, začne se pomalu fotocitlivá vrstva „rozpadat“, protože v denním světle je také UV záření. Tady narazíme na problém, kde sehnat zdroj UV záření. Možností je opět několik. První nejhorší varianta je použít rozbitou rtuťovou výbojku. Druhou variantou je použití horského sluníčka nebo lampy na nehty, kde se UV záření používá jako urychlovač schnutí nalakovaných nehtů. Třetí variantou je použití UV LED diod. Tuto variantu jsem zvolil já a vyrobil jsem si tak vlastní UV osvit s časovačem. Toto řešení je ekologické na spotřebu elektrické energie a jeho výroba není nijak nebezpečná.

Popis zapojení

Jako první jsem si stanovil přibližnou velikost osvětlovací plochy cca 10 x 7 cm. Z této plochy jsem si zvolil 20 UV LED diod. LED diody mají úbytek napětí 3,6 V a snesou maximální proud 20 mA. Jelikož jsem měl doma zdroj od starého notebooku, který dává na výstupu 19 V, rozhodl jsem se, že diody zapojím sériově-paralelně a to tak, že jsou čtyři větve paralelně po pěti diodách v sérii. Na jedné větvi diod je úbytek 18 V, takže jsem zvolil předřadný rezistor 100R pro každou větev. Diody jsem na DPS rozmístil asi s 2 cm mezerou.

Schéma UV LED diodSchéma zapojení UV LED diod

Protože jsem pohodlná osoba a jsem líný stát se stopkami u osvitu, rozhodl jsem se, že si postavím i řídící jednotku, která bude mít funkci časovače. Srdcem řídící jednotky je mikrořadič PIC16F1826. Zvolil jsem ho, protože jsem s ním už měl zkušenosti a pro mou úlohu byl opět dostačující. Dále jsem si vymyslel, že chci mít dvoumístný LED displej, na kterém uvidím nastavenou dobu osvitu v minutách a kolik zbývá do konce minut. Proto jsem použil ještě dva BCD dekodéry pro každou sedmisegmentovku zvlášť. Jako ovládací prvky jsem zvolil dvě tlačítka. Jedno má funkci nastavující čas a druhé spouští osvit. Pokud je podržím zároveň, vynuluji dobu osvitu a pokud je osvit spuštěný, zastaví se. Protože celá řídící logika je napájena 5 V, musel jsem ještě použít stabilizátor napětí na 5 V. Použil jsem známý integrovaný obvod 7805 a doplnil ho o filtrační kondenzátory. U mikrořadiče je ještě potřeba použít 100nF blokovací kondenzátor v SMD provedení, který se nachází pod mikrořadičem hned mezi jeho napájecími piny. Jako spínací prvek UV LED diod jsem použil známý křemíkový tranzistor BC337, který bohatě postačí. UV diody odebírají cca 80 mA a celé zapojení cca do 140 mA.

Zapojení není nijak složité díky použitému mikrořadiči PIC16F1826. Zapojení by tedy mělo fungovat bez problému na první zapojení. Jediný zádrhel by mohl být v nahrání programu do mikrořadiče. Při osazování nezapomeňte na propojky, kterých na propojovací desce není málo. Snažil jsem se je minimalizovat, ale bohužel líp mi to nešlo :). Osazujte nejprve SMD součástky, poté propojky, potom rezistory a kondenzátory, tranzistor, tlačítka, svorkovnice a nakonec integrované obvody. Dávejte dobrý pozor na zkraty na DPS, mikrořadič nebo i BCD dekodéry by je nemusely přežít. Oživovat obvod doporučuju na laboratorním zdroji s nastavitelným napětím, popřípadě s možností omezení proudu. Na zdroji nastavit cca 5 – 6 V a zapojit sériově ampérmetr mezi zdroj a osvit a hlídat proud. Při tomto napětí by odebíraný proud měl být téměř nulový. Poté postupně zvyšovat napětí a kontrolovat odběr proudu. Celé zapojení s rozsvícenými UV LED diodami by mělo dosahovat do cca 140 mA.

Seznam součástek

Soubory ke stažení

šipka