5 wskazówek, jak udany Breadboarding: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Nazywam się Jeremy i jestem na pierwszym roku na Uniwersytecie Kettering. Jako student elektrotechniki miałem okazję spędzić wiele godzin w laboratoriach budując małe obwody na płytkach stykowych. Jeśli masz doświadczenie w tworzeniu małych obwodów i projektach elektronicznych typu „zrób to sam”, możesz nie znaleźć tutaj wiele korzyści. Celem tej instrukcji jest omówienie podstaw korzystania z płytki prototypowej, wprowadzenie do typowych komponentów i budowanie małych obwodów. Dodatkowo pokrótce omówię sposób organizacji obwodu, a także niektóre strategie rozwiązywania problemów w sytuacjach, gdy coś pójdzie nie tak.

Zakłada się, że indywidualny odczyt ma pewną znajomość podstaw elektroniki i terminologii: przepływ prądu, napięcie, polaryzacja, przewodność, zwarcie, obwód otwarty, złącze i polaryzacja. Dodatkowo zakłada się, że czytelnik jest zaznajomiony z zasilaczami impulsowymi używanymi w środowisku laboratoryjnym.

Piszę to, ponieważ lubię budować małe obwody w laboratoriach i po drodze zaobserwowałem kilka typowych problemów i błędów. Mam nadzieję, że to pomoże komuś dopiero rozpoczynającemu swoją podróż ku odkryciu elektroniki znaleźć coś użytecznego, co oszczędzi im niektórych bólów głowy, które napotkałem po drodze, i otworzy drzwi do radości budowania małych obwodów!

Krok 1: Deska do krojenia chleba

Co to jest płytka do krojenia chleba?:

Popularne narzędzie do prototypowania i testowania obwodów, umożliwiające użytkownikowi szybkie łączenie i wymianę komponentów oraz łatwe wykonywanie połączeń. Zastosowanie płytki stykowej umożliwia szybki montaż i modyfikację obwodów bez konieczności lutowania.

Konfiguracja:

Listwy zaciskowe: biegną poziomo, z numerami rzędów zwiększonymi o pięć i literami kolumn w grupach po pięć. Wiersz 1, kolumny A-E tworzą jeden ciągły punkt styku - lub skrzyżowanie, a Wiersz 1, kolumny F-J tworzą kolejny

Listwy magistrali: biegną pionowo parami wzdłuż każdej strony i są oznaczone „+” lub „-”. Cały pasek + to jedno ciągłe złącze, a pasek - to ciągłe złącze, umożliwiające podłączenie wielu komponentów do źródła zasilania

Rynna / Rowek: prowadzi wzdłuż płytki stykowej pionowo między listwami zaciskowymi. W tym rowku rzędy są nieciągłe, co pozwala na użycie układów scalonych (IC)

Płytki prototypowe można kupić w różnych rozmiarach i stylach, ale powyższy opis konfiguracji pozostaje taki sam, niezależnie od tego, czy masz półpłytkę, czy większy model z zaciskami zasilania i wieloma płytkami zamontowanymi na metalowej płycie.

Aby odnieść sukces w tworzeniu obwodów, ważne jest, aby dobrze uchwycić układ punktów styku na płytce stykowej. Prawidłowo zastosowana płytka stykowa jest doskonałym narzędziem do budowania obwodów i wprowadzania modyfikacji w locie!

Krok 2: Poznaj swoje komponenty

W projektowaniu obwodów elektronicznych napotkamy różnorodne komponenty. Chociaż nie jest to wyczerpująca lista, podkreślę niektóre z bardziej powszechnych komponentów, ich przeznaczenie i kilka ostrzeżeń dotyczących obsługi. Wiele bólów głowy można oszczędzić dzięki prawidłowej obsłudze i użyciu komponentów. Jeśli dopiero zaczynasz przygodę z elektroniką, możesz znaleźć wiele zestawów komponentów, które zapewnią Ci podstawy za mniej niż 20 USD.

Rezystor: (mierzony w omach) Odporny na przepływ prądu w obwodzie. W zależności od umiejscowienia w obwodzie może służyć do dzielenia napięcia lub prądu. Rezystory mają na sobie kolorowe paski, które wskazują ich wartość rezystancji w omach oraz ich tolerancję. Do określenia wartości rezystancji przydatna jest tabela. Rezystor może być umieszczony w dowolnym kierunku w obwodzie i będzie działał w ten sam sposób (nie ma polaryzacji).

Fotorezystor: Odporny na przepływ prądu. Wartość rezystancji zmienia się w zależności od światła otoczenia. Może być używany do ściemniania lub włączania obwodu w warunkach słabego oświetlenia.

Kondensator: (mierzony w Faradach) Kondensator przechowuje energię, która może być później rozproszona w obwodzie. Działa jako blokada dla prądu stałego, ale umożliwia przepływ prądu przemiennego. Kondensatory mają szeroki zakres zastosowań, od filtracji częstotliwości po wygładzanie tętnień w obwodzie prostownika. Ważne jest, aby pamiętać, że chociaż kondensatory ceramiczne nie są komponentami biegunowymi, należy zachować ostrożność w przypadku kondensatorów elektrolitycznych, ponieważ mają one wyznaczone wyprowadzenie do podłączenia do dodatniego i ujemnego zacisku i mogą ulec uszkodzeniu, gdy zostaną umieszczone odwrotnie.

Tranzystor: Tranzystor to półprzewodnik, który reguluje przepływ prądu, wzmacnia sygnały lub działa jako przełącznik. Istnieje wiele różnych typów tranzystorów, ale najważniejszą kwestią we wczesnym projektowaniu obwodów (zakładając, że masz właściwy tranzystor do danego zastosowania) jest to, że należy zachować ostrożność, aby uniknąć porażenia elektrostatycznego tych elementów.

Dioda: Dioda jest półprzewodnikiem, który działa jak jednokierunkowy zawór zwrotny do przepływu prądu. W przypadku spolaryzowanego w przód prąd wchodzi do anody (+ wyprowadzenie) i wypływa z katody (- wyprowadzenie). Jednak gdy jest odwrócony, działa jak otwarty przełącznik i przez komponent nie przepływa żaden prąd. Należy wziąć pod uwagę orientację, ponieważ umieszczenie diody do tyłu spowoduje niepożądane zachowanie obwodu lub przepalenie diody.

Dioda emitująca światło (L. E. D): Specjalna dioda, która emituje światło podczas przewodzenia. Używany w wielu małych aplikacjach, gdzie potrzebne są wskaźniki. Korzyści obejmują wyjątkowo niskie zużycie energii i wyjątkowo długą żywotność.

Układ scalony: Ostatnim elementem, który przedstawię, jest układ scalony (IC). Istnieje zbyt wiele odmian, aby je tutaj wymienić, ale kilka z nich to wzmacniacz operacyjny, zegary, regulatory napięcia i tablice logiczne. Układy scalone zapewniają cały obwód w małym chipie i mogą zawierać rezystory, diody, kondensatory i tranzystory w chipie mniejszym niż dziesięciocentówka. Istnieje konwencja numeracji pinów na chipie IC, na powierzchni chipa znajduje się wcięcie lub kropka, a to odpowiada pinowi nr 1, piny są następnie kolejno numerowane z boku i z powrotem do drugiego.

OSTROŻNOŚĆ! Obwody scalone mogą zostać zniszczone przez wstrząsy statyczne.

Wraz z powyższymi elementami są cewki indukcyjne, przekaźniki, przełączniki, potencjometry, rezystory zmienne, wyświetlacze siedmiosegmentowe, bezpieczniki, transformatory… masz pomysł! Szybkie wyszukiwanie w Internecie dostarczy wielu przydatnych informacji (na przykład: przegląd elementów, co robi tranzystor?, rodzaje kondensatorów)

Znajomość podstawowych informacji o używanych komponentach, czy są one wrażliwe na ładunki elektrostatyczne i czy mają polaryzację, będzie bardzo korzystna. Nie tylko zaoszczędzisz czas, pieniądze i ból głowy; ale obwód będzie szybciej działał zgodnie z oczekiwaniami!

Krok 3: Organizacja jest niezbędna

Organizacja - dlaczego to ma znaczenie?:

Powyższe obwody (prawa strona) są takie same funkcjonalnie, ale znacznie różnią się wyglądem. Chociaż pierwszy wykorzystuje mniej okablowania, nie jest to preferowana metoda budowania małych obwodów. Na płytce stykowej jest dużo miejsca na małe obwody; nie bój się wykorzystać tej przestrzeni!

Chociaż wybór tego, czego użyć dla potencjalnych klientów, jest osobisty, kilka rzeczy może znacznie ułatwić życie. Wiele osób użyje drutu miedzianego i wykona własne przewody, ale ja preferuję zworki do płytek stykowych, które można tanio kupić online. Zworki wykonane są ze splotek drutu w porównaniu ze sztywnym drutem miedzianym i mają pin na końcu dla łatwego użycia. Zaletą żył jest to, że okablowanie jest znacznie bardziej elastyczne, co zmniejsza prawdopodobieństwo zerwania połączenia i zapewnia większą elastyczność w trasowaniu. Ostatnia uwaga na temat okablowania, bardzo pomocne jest „oznaczenie kolorami” okablowania w sposób łatwy do śledzenia (lewy rysunek powyżej). Na przykład lubię trzymać czerwone i czarne okablowanie dla moich dodatnich i ujemnych napięć (odpowiednio), często używam szarego lub pomarańczowego do wspólnego uziemienia, niebieskiego dla sygnału wejściowego i białego lub żółtego dla wewnętrznych połączeń. Jeśli masz kilka źródeł zasilania, a także wejścia z generatora sygnału, pomocne jest wykonanie znaczników dla przewodów i oznaczenie ich, aby zapewnić późniejsze prawidłowe połączenie.

Jeśli chodzi o śledzenie schematu, sprawa jest o wiele łatwiejsza, jeśli rozmieszczasz swoje komponenty na płytce tak blisko, jak to możliwe, do układu na schemacie. W ten sposób można na pierwszy rzut oka zobaczyć wartości komponentów, a także ułatwić śledzenie tras sygnału / rozwiązywanie problemów. Laboratoria w większości szkół często instruują cię, jak wykonać pomiar napięcia lub prądu w określonym punkcie obwodu; w takich przypadkach posiadanie obwodu fizycznego odzwierciedlającego schemat jest OGROMNĄ pomocą! Wreszcie, gdy wchodzisz w bardziej złożone i zaawansowane obwody, ważne jest, aby bardziej wrażliwe komponenty (takie jak układy scalone) trzymać z dala od cewek, przekaźników i innych komponentów, które mogłyby zostać uszkodzone przez pola magnetyczne.

Jeśli budowany obwód ma jeden (lub więcej) układów scalonych, liczba komponentów i przewodów potrzebnych do zbudowania obwodu może szybko stać się bałaganem. Aby zmniejszyć bałagan i ułatwić sobie pracę, często przydatne jest umieszczenie układu scalonego z dala od wszystkiego na płytce, a inne elementy z wyprowadzeniami do pinów IC. w ten sposób znacznie łatwiej jest później rozszyfrować rzeczy. Jeśli obwód ma być później wbudowany w stałą formę, możesz skonsolidować wszystko, aby zmieścić się na mniejszej przestrzeni.

Krok 4: Podstawowe rozwiązywanie problemów

Wszystko jest w porządku - dopóki nie jest!

Odrobiłeś więc swoją pracę domową, rozumiesz swoje komponenty, a obwód jest zbudowany dokładnie tak, jak pokazują instrukcje. Przestaw przełącznik zasilania… i… NIC! Nie jest niczym niezwykłym zbudowanie małego obwodu i odkrycie później, że coś jest nie tak. To wszystko jest częścią procesu uczenia się. Wiedza, od czego zacząć rozwiązywanie problemów, może zmniejszyć kłopoty i podrażnienia związane z problemami.

Źródło zasilania: Zazwyczaj najlepiej jest rozpocząć rozwiązywanie problemów od upewnienia się, że zasilanie jest dostarczane do obwodu. Jeśli obwód jest zasilany baterią, użyj multimetru, aby sprawdzić napięcie i upewnić się, że wystarcza im „sok” do zasilania obwodu. Jeśli używany jest zasilacz, należy wziąć pod uwagę wiele czynników:

Tryb zasilania: Wiele zasilaczy ma możliwość dostarczania stałego prądu (cc) lub stałego napięcia (cv). Ważne jest, aby upewnić się, że wybrano właściwe ustawienie, aby zapewnić prawidłowe działanie. Większość małych projektów będzie podłączona do zasilania w trybie stałego napięcia

Uziemienie / napięcie ujemne: Jeśli projekt jest zasilany z baterii, prawdopodobnie nie będzie to stanowiło problemu. Podczas korzystania z zasilacza często obwody mają przyłożone ujemne napięcie (takie jak wzmacniacz operacyjny), a także mają wspólną masę. Ważne jest, aby zrozumieć to rozróżnienie i NIE uważać, że ujemne napięcie i wspólna masa są wymienne

Ustawienia zasilacza: Jeśli przyłożone jest napięcie ujemne, upewnij się, że wiesz, jak dostosować ustawienia zasilacza. Będzie się to różnić w zależności od producenta, ale zwykle odbywa się to za pomocą przełączników wyboru z przodu urządzenia. Kiedy po raz pierwszy użyłem zasilacza do zasilania -12 woltów do wzmacniacza operacyjnego, nie sprawdziłem, czy ustawienia napięcia zostały dostosowane zarówno dla zasilania +, jak i -. W konsekwencji spędziłem ponad godzinę na odbudowie/dwukrotnym sprawdzeniu obwodu

Konfiguracja obwodu

Wykonaj porównanie schematu i obwodu, jeśli zbudowałeś swój obwód tak, aby odzwierciedlał schemat w układzie, ten krok jest znacznie prostszy.

Sprawdź orientację elementów biegunowych (diody, kondensatory, tranzystory)

Upewnij się, że przewody komponentów nie dotykają się, co stwarza warunki zwarcia

Sprawdź listwy zaciskowe, upewnij się, że wszystkie przewody i przewody elementów są mocno włożone do punktu styku i że wszystkie elementy, które mają tworzyć połączenie, faktycznie to robią. Łatwo jest przypadkowo przenieść się na inną listwę zaciskową, gdy wszystko jest zagracone. Powoduje to przerwę (lub otwarty obwód)

Jeśli wszystko wygląda dobrze z zasilaniem, orientacją komponentów i okablowaniem, zacznij podejrzewać wadliwy komponent. Jeśli obwód zawiera układ scalony, czasami po prostu jego zamiana może rozwiązać problem. Dodatkowo, jeśli jesteś w środowisku laboratoryjnym i przetwarzasz komponenty, może się okazać, że masz uszkodzony kondensator, diodę lub tranzystor, który grupa wcześniej źle okablowała i została zniszczona

Powyższe kroki powinny rozwiązać wiele problemów napotykanych podczas tworzenia podstawowych obwodów, ale jeśli wszystko wygląda dobrze i nadal nie działa, może nadszedł czas, aby wszystko zepsuć, dwukrotnie sprawdzić wszystkie wartości rezystorów i sprawdzić wszystkie komponenty, które są możliwość przetestowania na dostępnym sprzęcie. Większość schematów - zwłaszcza tych używanych w laboratoriach w środowisku akademickim - została zbudowana i wielokrotnie sprawdzona, więc jest bardzo mało prawdopodobne, że problem leży w projektowaniu schematów. Jeśli jednak tworzysz własny obwód i nie jesteś w stanie rozwiązać problemów poprzez rozwiązywanie problemów, najkorzystniejszym rozwiązaniem może być powrót do deski kreślarskiej i przeanalizowanie modelu obwodu pod kątem wad.

Krok 5: Nie poddawaj się

Bardzo łatwo jest się denerwować, budując małe obwody. Istnieje dosłownie niezliczona ilość wariantów tego, w jaki sposób rzeczy mogą potencjalnie pójść nie tak. Niektóre problemy są znacznie trudniejsze do rozwiązania niż inne. Chociaż łatwiej powiedzieć, niż osiągnąć, nie pozwól, aby frustracja była chmurą osądu. Zrób krok do tyłu, uspokój się i oceń sytuację z logicznego punktu widzenia. Kilkakrotnie prawie wychodziłem z laboratoriów z powodu frustracji, tylko po to, by stwierdzić, że jeden przewód został gdzieś odłączony lub sygnał wyjściowy nie został włączony. Najczęściej problem w obwodzie to tylko drobny szczegół. Podejmowanie logicznych i metodycznych kroków w celu oceny obwodu i identyfikacji problemu zazwyczaj prowadzi do rozwiązania. Jest tak wiele aspektów elektroniki do zbadania, nie pozwól, aby niepowodzenia lub niepowodzenia pozwoliły ci zrezygnować z tego satysfakcjonującego przedsięwzięcia!