МАКЕТНАЯ ПЛАТА
PROTOTYPING BOARD

Изобретение относится к области электротехники, к конструктивным элементам электрических блоков, обеспечивающих быстросъемные соединения радиоэлектронных деталей между собой, и может быть использовано при проектировании и отработке новых радиотехнических схем, преимущественно для макетирования и отладки высокочастотных схем на дискретных радиоэлектронных элементах и в обучающих радиоконструкторах.
Уровень данной области техники характеризует монтажная радиоэлектронная плата по патенту US 6650548 В1, 2003 г., которая включает распределенные по поверхности, обычно сквозные базирующие отверстия для установки тоководов функциональных элементов собираемой радиоэлектронной схемы, под которыми закреплены соединительные шины, автономно связывающие группы базирующих отверстий.
Эта монтажная плата проста по конструкции и технологична в изготовлении.
Однако недостатком является ограниченность конфигурации электрических связей функциональных элементов внутри контактных групп, а также универсальность диаметра базирующих отверстий, что гарантированно не обеспечивает надежного электрического контакта, существенно снижая тем самым работоспособность правильно собранных схем.
Для предотвращения негативных последствий отмеченного недостатка требуется дополнительное тестирование всех соединений, что увеличивает трудоемкость и технических средств на устранение дефектов монтажа.
Кроме того, существенным недостатком является повышенная емкость между соединениями, что препятствует макетированию высокочастотных схем, ограничивая область применения.
Отмеченные недостатки устранены в конструкции макетной диэлектрической платы, описанной в патенте US 3150911, кл. 339-254, 1994 г., оснащенной распределенными резьбовыми отверстиями для крепления посредством винтов или болтов автономных контактных стоек, в которых монтируются выводы радиоэлементов.
Контактные стойки выполнены из несущей цилиндрической обечайки с коммутационными окнами для размещения нескольких выводов радиоэлементов, внутри которой коаксиально установлена цилиндрическая пружина растяжения - универсальный электроконтакт, где выводы радиоэлементов располагаются между примыкающими под действием сил упругости ее витками, выполняющими функции клемм.
В каждой стойке реализуется несколько электрических соединений, которые просто и технологично монтируются согласно монтажной схеме без заметных омических потерь при относительно удаленном расположении стоек между собой, что обеспечивает минимальную электрическую емкость между соседними стойками, позволяя макетировать в том числе высокочастотные схемы.
Недостатком указанной макетной платы является точечный контакт выводов радиоэлектронных деталей с витками пружины, что ограничивает практическое использование конструкции по пропускаемому току.
Известна более совершенная макетная радиоэлектронная плата, которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной плате (патент RU 2161381, H05K 1/11, 18, 2000 г.).
Известная макетная плата из диэлектрического материала оснащена распределенными базирующими гнездами разного габарита, где устанавливаются пассивные монтажные стойки (внатяг или на клею), которые содержат упругий наполнитель и контактную перемычку.
В упругом наполнителе стойки выполнены прорези для установки тоководов функциональных элементов собираемой схемы, которые электрически при этом замыкают контактную перемычку, протыкая ее, в результате чего осуществляется электрические подсоединения.
Эта плата обеспечивает многократное использование для монтажа разнообразных радиоэлектронных схем, то есть является универсальной.
Однако из-за неизбежных механических разрушения контактных перемычек при многократном прокалывании выводами собираемых функциональных элементов монтажные стойки нерегулируемо выходят из строя, что снижает надежность и работоспособность собранного макета прибора, радиоэлектронного устройства, определяемых вариативностью электрических соединений, искажая выходные параметры собранной электросхемы.
Бракованные монтажные стойки необходимо выявлять и заменять новыми.
Кроме того, невозможность проткнуть тонким проводом упругий элемент и контактную перемычку сильно ограничивает применимость в схемах с использованием обмоточного провода.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение функциональной надежности макетной платы и расширение технологических возможностей при многократном использовании.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной макетной плате для сборки и моделирования радиоэлектронных схем, оснащенной распределенными базирующими гнездами под размещение монтажных стоек с электроконтактом, выполненных в форме втулок, где фиксируются выводы радиоэлектронных элементов собираемой схемы, согласго изобретению электроконтакт монтажной стойки представляет собой центральный проволочный жгут, установленный продольно в осевом отверстии втулки, где распределены проволоки жгута, свободные концы которых загнуты на открытом торце втулки вдоль наружной ее поверхности.
Другие особенности макетной платы заключаются в том, что:
- в качестве проволочного жгута преимущественно использован многожильный провод, диэлектрическая изоляция которого частично зачищена, а посредством остатка изоляции на конце он установлен в базирующем торце втулки;
- загнутые концы проволоки центрального жгута закрыты оболочкой, например, из термоусадочной оболочки или отверждаемого компаунда;
- крепежный конец втулки снабжен резьбой для вкручивания в резьбовое базирующее гнездо макетной платы;
- осевое отверстие втулки выполнено глухим;
- проволоки жгута скреплены между собой, например, клеем или пайкой;
- электроконтакт монтажной стойки оснащен центральным коническим, как правило, токоведущим прижимом и может быть снабжен изолирующей головкой.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили возможность оперативного многократного варьирования монтажными соединениями разнообразных электрических элементов технологично и просто, с гарантированным электроконтактом и без нарушения целостности элементов стоек, что повысило функциональную надежность собираемых радиоэлектронных схем и расширило область применения макетных плат с универсальными монтажными стойками, которые обеспечивают быстросъемные соединения, без пайки деталей схемы.
Выполнение электроконтакта в форме проволочного жгута, установленного в осевом отверстии втулки, по образующей которого распределены проволоки, представляет собой простейшую конструкцию, автоматически обеспечивающую надежную взаимосвязь с произвольно установленным выводом функционального элемента за счет гарантированного примыкания как минимум к двум проволокам жгута.
Центральный конический штырь-прижим из токопроводящего материала, устанавливаемый во втулке монтажной стойки, механически фиксирует сборку электроконтакта и выводов и, главное, обеспечивает надежное электрическое соединение выводов разной толщины в любом пространственном расположении.
Загибы свободных концов проволок жгута на открытом торце втулки с размещением вдоль ее наружной поверхности обеспечивают механическое их фиксирование в конструктивное единство с образованием контактной группы мобильного электрического подсоединения.
Использование в качестве электроконтакта, установленного аксиально втулке монтажной стойки, промышленно выпускаемого многожильного провода в диэлектрической изоляции, которую частично зачищают, оставляя часть на конце для плотного примыканмя в базирующем отверстии несущей втулки, значительно упрощает изготовление монтажных стоек и макетной
платы в целом, снижая ее потребительскую стоимость.
Диэлектрическая изоляция многожильного провода, соразмерная посадочному отверстию втулки монтажной стойки, обеспечивает при коаксиальном размещении плотную установку проволочного жгута и механическую его фиксацию и каждого структурного провода в монтажной стойке.
Заливка загнутых концов проволоки жгута отверждаемым компаундом или их размещение в термоусадочной оболочке формирует конструктивно завершенный электроконтактный монолитный узел монтажной стойки, защищенный от случайных замыканий, функционально надежный и пригодный к длительной эксплуатации.
Оснащение крепежного конца диэлектрической втулки монтажной стойки резьбой для вкручивания в резьбовое базирующее отверстие макетной платы направлено на формирование быстроразъемного и надежного крепления каждой стойки и макетной платы в целом при эксплуатационных нагрузках, вибрации, ударах и падениях.
Выполнение осевого отверстия втулки макетной стойки на крепежном ее конце глухим, с поперечной перемычкой, обеспечивает электроизоляцию платы и повышает ее функциональную надежность, то есть потребительскую привлекательность.
Выполнение стойки, где проволоки жгута скреплены клеем или пайкой, позволяет автоматизировать процесс серийного изготовления монтажных стоек, при этом исключаются относительные подвижки проволок в жгуте, что повышает долговечность стоек в эксплуатации.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по радиоэлектронике, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления макетных плат с модернизированными монтажными стойками на действующем производстве можно сделать вывод о соответствии условиям патентоспособности.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративное назначение и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.
На чертеже схематично изображены:
на фиг. 1 - макетная плата в изометрии;
на фиг. 2-6 - варианты монтажной стойки согласно пунктам формулы.
Макетная плата 1 из диэлектрического материала (фиг. 1) оснащена распределенными на рабочей поверхности базирующими гнездами 2 (отверстиями), диаметр которых соизмерим с диаметром цилиндрических монтажных стоек 3 для совмещения в натяг при сборочных работах, согласно принципиальной электрической схеме монтируемого изделия.
1
Монтажные стойки 3 служат опорой при коммутации функциональных радиоэлектронных элементов 4 (элементов собираемой схемы, прибора) и электрических проводников 5 беззазорного соединения с выводами 5 радиоэлектронных элементов 4.
Монтажные быстросъемные стойки 3 (фиг. 2-6) выполнены в форме диэлектрической трубчатой втулки 6, внутри которой коаксиально установлен центральный электроконтакт, выполненный в виде жгута 7 проволок 8.
Проволоки 8 распределены по периметру центрального отверстия 9 втулки 6, на открытом (верхнем по чертежу) торце которой проволоки 8 загнуты и примыкают к наружной поверхности трубчатой втулки 6.
1
Соосно в стойке 3 размещен конический токопроводящий штырь-прижим 10, сопрягаемый с проволоками 8 (фиг. 2) и фиксирующий размещенные внутри диэлектрической втулки 6 выводы 5 радиоэлектронных элементов 4 и электрические проводники 5, которые заклиниваются и плотно примыкают к проволокам 8, в результате чего коммутируются между собой радиоэлектронные элементы 4 собираемой схемы.
1
Токоведущий штырь-прижим 10, как правило, имеет изолирующую головку 11, за которую его вручную устанавливают во втулку 6 для фиксации выводов 5 радиоэлектронных элементов 4 и электрических проводников 5 или извлекают из нее при замене радиоэлектронного элемента 4.
Наиболее простым и предпочтительным вариантом выполнения стойки 3 является использование в качестве элктроконтакта 7 штатного многожильного провода в изолирующей обечайке 12 (фиг. 3), которую частично удаляют, оставляя на одном конце жгута 7 мерный отрезок изолирующей обечайки 12, необходимый для плотного базирования в осевом отверстии 9 диэлектрической втулки 6, совмещаемых при сборке.
Жгут 7 посредством обечайки 12 устанавливают в отверстие 9 (с нижнего по чертежу торца втулки 6), располагая проволоки 8 внутри него продольно.
Загнутые концы проволок 8 вдоль наружной поверхности втулки 6 изолируют, фиксируя посредством термоусадочной оболочки 13 (фиг. 4) или слоя 14 отверждаемого компаунда (фиг. 5).
Для товарной серийной продукции собираемых по прилагаемой схеме электрических игр, радиоприемников и прочего для сборки детьми целесообразно установочный торец диэлектрической втулки 6 выполнять глухим, с изолирующей перемычкой 15 (фиг. 2 и 6).
Перемычка 15 предотвращает взаимодействие пользователя с токоведущим жгутом 7, исключая непроизвольное взаимодействие с токоведущими проволоками 8 на открытой поверхности макетной платы 1, то есть собранного изделия.
Для использования при макетировании устройств, работающих при повышенных вибрациях или ударах, целесообразно на втулке 6 выполнять
резьбу 16 (фиг. 6) для вкручивания в резьбовое базирующее гнездо 2 макетной платы 1.
Для автоматизации серийного производства стоек 3 целесообразно проволоки 8 в жгуте 7, который размещается во втулке 6, скрепить посредством бандажа 17 из клея или припоя (фиг. 2).
Предложенная макетная плата 1, обладая низкой электроемкостью между соседними монтажными стойками 3, пригодна для сборки, в том числе высокочастотных схем.
Надежный, множественный механический электроконтакт, обеспеченный в стойках 3, позволяет собирать схемы для работы с повышенными токами.
Для использования в схемах с сильноточными и слаботочными цепями целесообразно использовать стойки 3 разного диаметра и высоты с соответствующими базирующими отверстиями 2 на макетной плате 1.
Конфигурация и шаг базирующих отверстий 2 платы 1 позволяют варьировать подсоединения радиоэлектронных элементов 4 для сборки разнообразных схем конкретного круга технических задач, расширяя тем самым вариативность и технологические возможности монтажа.