การประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์

สิ่งที่ควรรู้ในการประกอบวงจร การประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ คือการเชื่อมต่ออุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกันโดยใช้ตัวนำไฟฟ้า เช่นสายไฟ หรือ แผ่นวงจรพิมพ์หรือแผ่นปรินซ์ ที่เป็นลายทองแดง ซึ่งมีข้อควรรู้ดังต่อไปนี้

รู้จักเลือกใช้เครื่องมือให้ถูกประเภทและใช้อย่างถูกวิธี เช่นเลือกหัวแร้งบัดกรีที่มีกำลังวัตต์เหมาะสมกับงาน, รู้วิธีการบัดกรีที่ถูกต้อง เป็นต้น รู้จักอุปกรณ์ที่จะนำมาต่อแต่ละชนิดว่ามีรูปร่างและลักษณะอย่างไร มีค่าและขนาดเท่าไร เพื่อจะได้ประกอบวงจรได้ถูกต้อง และลดความเสียหาย ที่จะเกิดขึ้น จากการต่ออุปกรณ์ผิดหรือ วงจรไม่ทำงาน เนื่องจากต่อขาอุปกรณ์ผิด หรือใส่ค่าผิด ใส่อุปกรณ์ผิดขั้ว โดยอุปกรณ์ที่ควรระวังมีดังนี้ ตัวต้านทาน สิ่งที่ต้องระวังคือ เรื่องค่าของตัวต้านทาน และ ขนาดของตัวต้านทาน เช่น เราอาจใส่ตัวต้านทานผิดขนาด ทำให้ตัวต้านทานไหม้ได้ ตัวเก็บประจุ ต้องระวังเรื่องค่า และชนิด เพราะในบางวงจร แม้เราจะใส่ค่าถูกต้อง แต่ถ้าใส่ผิดชนิด อาจทำให้วงจรไม่ทำงาน โดยเฉพาะวงจรที่ทำงานกับความถี่สูง เช่นใส่ตัวเก็บประจุชนิดไมลาร์ แทน ชนิดเซรามิค นอกจากนี้ ถ้าเป็นตัวเก็บประจุชนิดอิเล็กโตรไลต์ ควรระวังเรื่องการต่อผิดขั้วด้วย เพราะอาจทำให้ ตัวเก็บประจุระเบิดได้

สำหรับอุปกรณ์ประเภทที่มีหลายขา เช่น ไดโอด, ทรานซิสเตอร์, ไดแอค, ไตรแอค ต้องระวังเรื่องตำแหน่งขา และ ขนาด โดยทั่วไปต้องใส่ให้ถูกขาและถูกเบอร์ และอุปกรณ์ประเภทไอซี ควรระวังเรื่องตำแหน่งขา เพราะอาจเสียหายทันทีถ้าใส่ผิด

รู้วิธีการต่อประกอบกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบอเนกประสงค์ หรือรู้วิธีการทำแผ่นวงจรพิมพ์ขึ้นใช้เอง เข้าใจการทำงานของวงจร เพื่อความสะดวกในการตรวจสอบ และตรวจซ่อม

แผ่นวงจรพิมพ์

การประกอบวงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนใหญ่จะประกอบบนแผ่นวงจรพิมพ์ หรือ ที่เรียกกันทั่วไปคือแผ่นปรินซ์ หรือ แผ่น PCB (Printed Circuit Board) ซึ่งด้านหนึ่งที่ใส่อุปกรณ์จะเป็นฉนวน และ อีกด้านจะเป็นแผ่นทองแดงบางๆ จุดเด่นของการต่อเชื่อมวงจร ด้วยแผ่นวงจรพิมพ์ แทนการใช้สายต่อ คือ อุปกรณ์จะถูกวางอย่างเป็นระเบียบ และ ประหยัดพื้นที่ ลดความวุ่นวายจากการโยงสายที่ซับซ้อน และสามารถที่จะผลิตเป็นอุตสาหกรรมได้ด้วย แผ่นวงจรพิมพ์จะแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ  คือ แผ่นวงจรพิมพ์แบบอเนกประสงค์ และ  แผ่นวงจรพิมพ์เปล่า

1. แผ่นวงจรพิมพ์แบบ อเนกประสงค์ (Universal Board)

แผ่นวงจรพิมพ์ประเภทนี้โดยมากมักจะมีการวางลายทองแดงเป็นเส้น ๆ และมีการเจาะรูไว้แล้ว สามารถเสียบอุปกรณ์ลงไปได้ทันที แต่อาจต้องมีการตัดลายทองแดง หรือเชื่อมต่อด้วยสายไฟในบางจุด ส่วนใหญ่มักใช้กับการประกอบวงจรที่ไม่ซับซ้อนหรือมีอุปกรณ์ไม่กี่ตัว โดยเราอาจจะแบ่งได้ตามแนวเส้นทองแดงด้านหลังเป็น 3 แบบคือ

1.1 ไอซีบอร์ด (IC Board) จะมีการวางตำแหน่งขาเป็นแนว ๆ แบบขาไอซี โดยระยะห่างระหว่างรูเจาะเท่ากับระยะห่างของขาไอซีพอดี ส่วนลายทองแดงจะมีลักษณะเป็นแถบยาวต่อเนื่องเป็นระยะเท่าๆกัน ดังรูป

สำหรับการใช้งานจำเป็นต้องมีการตัดลายทองแดงเป็นบางส่วน และเชื่อมต่อด้วสายไฟในบางจุด

1.2 โปรโตบอร์ด (Proto Board) จะมีลักษณะของลายทองแดง เหมือนกับแผ่นโปรโตบอร์ดที่เราใช้ต่อทดลองวงจร ดังรูปที่ 13.2

1.3 แพดบอร์ด (Pad Board) ลักษณะของแผ่นวงจรพิมพ์จะไม่มีลายทองแดงเชื่อมต่อ แต่มีเพียงลายทองแดงเป็นจุด ๆ เหมือนเป็นหลักยึดอุปกรณ์ ดังรูปที่ 13.3 โดยการใช้งานจะต้องเชื่อมต่อระหว่างสายระหว่างจุดดังกล่าวตามวงจร

2. แผ่นวงจรพิมพ์เปล่า

แผ่นวงจรพิมพ์ประเภทนี้จะมีแผ่นทองแดงบาง ๆ เคลือบอยู่ตลอดแผ่น ในการใช้งาน  จำเป็นต้องกัดลายทองแดงบางส่วนออกไป ด้วยน้ำยาหรือ กรดกัดปรินซ์ โดยอาจจะมี 4 ลักษณะ คือ

2.1 แบบหน้าเดียว (Single Side PCB)  แบบนี้จะมีลายทองแดงเคลือบอยู่เพียงหน้าเดียว เหมาะสำหรับวงจรที่ไม่ยุ่งยากซับซ้อนจนเกินไปนัก แผ่นวงจรพิมพ์แบบนี้จะราคาถูกและมีการใช้งานกว้างขวาง เพราะผู้ใช้สามารถกัดลายทองแดงเองได้  จึงมักนิยมใช้ในการทำโครงงานพื้นฐานต่าง ๆ

2.2 แบบ 2  หน้า (Double Side PCB) แบบนี้จะมีทองแดงเคลือบอยู่ทั้ง 2 ด้าน ส่วนใหญ่ด้านหนึ่ง มักจะปล่อยให้เป็นลายทองแดงเต็มแผ่น ในลักษณะเป็น กราวน์เพลน (Ground Plane) โดยมีจุดประสงค์เพื่อลดสัญญาณรบกวน มักใช้ในวงจรเครื่องรับหรือเครื่องส่งวิทยุ

2.3 แบบ 2 หน้า เชื่อมต่อกัน (Double Side Plate Trough Hole PCB) หรือที่มักเรียกกันทับศัพท์ว่า แบบเพลททรูโฮล โดยแบบนี้ จะมีลายทองแดงเคลือบอยู่ทั้ง 2 ด้าน และมีเชื่อมต่อกันระหว่างทองแดงทั้งสองด้าน ผ่านทางรูที่ทำเป็นพิเศษ  แผ่นวงจรพิมพ์ประเภทนี้ส่วนใหญ่ จะมีการวางอุปกรณ์ทั้งสองด้าน และลดพื้นที่ได้มาก ส่วนใหญ่มักจะสร้างเป็นวงจรสำเร็จมาจากทางโรงงานมากกว่า

2.4 แบบหลายชั้น (Multi Layer PCB) แผ่นวงจรพิมพ์ประเภทนี้จะมีความซับซ้อนมาก โดยจะมีลายทองแดงอยู่ด้านในด้วย และมีการเชื่อมต่อกันผ่านทางรูที่ทำพิเศษ  แผ่นวงจรประเภทนี้ส่วนใหญ่มักทำสำเร็จมาจากโรงงานเช่นเดียวกัน เพราะมีการสร้างที่ซับซ้อน และยุ่งยากมาก ผู้ใช้ทั่วไปไม่สามารถทำได้

นอกจากนี้ยังมีการเรียกแผ่นวงจรพิมพ์ ตามสารที่เป็นพื้นฉนวน เช่น แผ่นวงจรพิมพ์แบบ เบกาไลต์ (Bakelite) ซึ่งใช้ เบกาไลต์เป็นฉนวน ส่วนใหญ่มักมีสีน้ำตาล  แผ่นวงจรพิมพ์แบบกลาสอีพ๊อกซี่ (Glass Epoxy) ซึ่งจะใช้ใยแก้ว เป็นฉนวน มักมีสีต่าง ๆ แต่ส่วนใหญ่มักทำเป็นสีเขียว หรือ สีฟ้า

การทำแผ่นวงจรพิมพ์

ในการทำแผ่นวงจรพิมพ์เพื่อใช้ในงานเล็ก ๆ ส่วนตัวมักนิยมใช้แผ่นวงจรพิมพ์แบบอเนกประสงค์ (Universal PCB) เพราะสะดวกรวดเร็วกว่า แต่ถ้าวงจรมีความซับซ้อนมากก็จำเป็นต้องออกแบบบนแผ่นวงจรพิมพ์เปล่า ๆ แล้วนำมากัดลาย วงจร ซึ่งอาจใช้วิธีเขียนลายวงจรด้วยมือ แต่โดยส่วนใหญ่ในการผลิตจำนวนมาก ๆ หรือผลิตเป็นอุตสาหกรรม มักใช้การทำแม่แบบสกรีน และใช้ซอฟต์แวร์เข้าช่วย ในที่นี้จะกล่าวเฉพาะการทำแผ่นวงจรพิมพ์หน้าเดียวด้วยมือ อย่างง่าย ๆ ซึ่งจะมีขั้นตอนดังนี้ี

สร้างลายวงจรต้นแบบ (Layout Drawing) คือขั้นตอนในการสร้างแบบลายวงจรตามแบบเส้นวงจร (Schematic Circuit) ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ใช้เวลามากที่สุด โดยกรณีทำเองด้วยมือ จะเริ่มด้วยการกำหนดตำแหน่งอุปกรณ์ลงบนกระดาษ จากนั้นทำการร่างเส้นลายวงจร ในส่วนลายทองแดงเพื่อต่อเชื่อมถึงกัน ปัจจุบันนิยมใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ เช่น โปรแกรม Orcad หรือ Protel มาช่วยในงานดังกล่าว ตัดแผ่นวงจรพิมพ์เปล่า ตามขนาดต้นแบบ ด้วยเลื่อยฉลุ ทำความสะอาดแผ่นวงจรพิมพ์ด้านที่เป็นผิวทองแดง เพื่อล้างคราบไข หรือสิ่งสกปรกอื่น คัดลอกลายลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ โดยวางแผ่นวงจรพิมพ์ให้ด้านที่เป็นทองแดงอยู่ด้านบน จากนั้นใช้กระดาษก๊อบปี้ หรือกระดาษคาร์บอน ที่ใช้กับงานพิมพ์ดีด วางทับบนผิวทองแดง แล้วนำกระดาษลายวงจรที่ออกแบบไว้แล้วมาวางทับลงไป ทำการลอกลาย โดยใช้ดินสอหรือปากกาปลายแหลม เขียนทับลงไปบนกระดาษต้นแบบ เพื่อให้ลายที่เขียนทับไปติดกับผิวทองแดงของแผ่น PCB เพื่อเป็นแนวในการลงหมึกต่อไป นำกระดาษคาร์บอน และ กระดาษต้นแบบลายวงจรออก แล้วใช้สีหรือปากกาเคมีเขียนตามแนวลายวงจร ที่ลอกแบบไว้ โดยพยายามเทียบจากต้นแบบไปด้วย เพื่อป้องกันความผิดพลาด จากนั้นรอให้หมึกแห้งสนิทก่อนนำไปกัดลายวงจร เตรียมสารละลายที่จะใช้กัดลายวงจร โดยใช้กรดกัดปรินซ์ (จะเป็นผงหรือก้อนสีเหลืองเข้ม ๆ ซึ่งความจริงคือสารเคมีที่ชื่อ เฟอริค คลอไลด์ และมีสภาพเป็นด่าง) ละลายกับน้ำในปริมาณที่เหมาะสม (อัตราส่วนที่นิยมใช้กันคือ กรด ½ กิโลกรัม กับ น้ำ 1 ลิตร ) ใช้ไม้หรือแท่งพลาสติก กวนส่วนผสมให้เข้ากัน นำแผ่นวงจรพิมพ์ที่วาดแบบลายวงจรเสร็จแล้วมากัด โดยแช่ลงในกรดที่เตรียมไว้ ในทางปฏิบัติจะวางด้านที่เป็นทองแดงไว้ด้านบน และพยายามเขย่าภาชนะที่ใส่กรดไปมา ไม่ควรแช่ทิ้งไว้เฉย ๆ ที่ทำดังนี้เพื่อให้ทองแดง ที่ถูกกัดแล้วหล่นลงไปด้านล่างภาชนะ ไม่หล่นบนผิวทองแดงด้านบน ซึ่งจะช่วยให้กัดเสร็จเร็วขึ้น ในกรณีต้องการแช่ทิ้งไว้ ควรวางแผ่นวงจรพิมพ์ในลักษณะ แนวดิ่ง หรือตะแคงเล็กน้อย ไม่ควรวางนอน แต่ต้องใช้ส่วนผสมที่เข้มข้นมากกว่าเดิม เวลาที่ใช้ในการกัดปกติจะอยู่ประมาณ 10-20 นาที ในขณะทำถ้าเป็นไปได้ควรสวมถุงมือยาง เพื่อไม่ให้กรดกัดถูกผิวหนัง แต่ถ้ากรดถูกผิวหนังหรือเข้าตา ต้องรีบล้างออกด้วยน้ำจำนวนมาก ๆ โดยเร็ว เมื่อกัดเสร็จเรียบร้อย ก็ดำเนินการล้างสีออกด้วยทินเนอร์ จากนั้นก็ทำความสะอาดด้านลายทองแดง ด้วยผงซักฟอกและสก๊อตไบต์ แล้ววางทิ้งให้แห้ง จากนั้นนำมาเคลือบลายทองแดง ด้วยน้ำยาเคลือบที่มีขาย หรือ อาจจะทำขึ้นเองโดยใช้ยางสนผสมกับทินเนอร์ก็ได้ เพื่อเคลือบผิวทองแดงให้สะอาด และไม่หมองไว เจาะรูตามขนาดขาของอุปกรณ์ โดยใช้สว่าน ก็จะได้แผ่นวงจรพิมพ์ตามต้องการ