Когда паяются схемы, можно делать всё и без дополнений. Но тогда существует довольно высокая вероятность, что что-то может замкнуться. И тогда схема не будет работать. Чтобы устранить этот недостаток и привести результаты работы в более-менее пристойный вид, используют такое простое и эффективное изобретение, как макетная плата. Что она собой представляет? Какие разновидности существуют?
Макетная плата
Как пользоваться таким изобретением? Для начала проясним терминологическую составляющую. Макетная плата - это универсальная заготовка, которая используется, чтобы собирать и моделировать прототипы электронных устройств. Их можно поделить на два типа:
- Те, где используется пайка.
- Те, где пайки нет.
Во время создания прототипов электронных приборов каждому приходится встречаться с несколькими проблемами:
- Макетная плата должна быть сконструирована с нуля, а затем изготовлена. При допущении ошибки её придется переделывать.
- Создавать единственный экземпляр, как правило, не выгодно.
- Если схема выполнена на микросхемах низкой степени интеграции и аналоговых элементах, то сделать её легче будет навесным монтажом. Но микропроцессорные устройства сделать подобным образом будет очень сложно.
В наименее выгодном положении начинающие радиолюбители: поскольку у них ещё нет навыков проектирования схем, то им приходится оперировать «методом тыка». Поэтому на данный момент выпускается широкий диапазон различных макетных плат, где проведены разные короткие дорожки, и человеку останется только соединить детали, чтобы получить необходимую схему.
Разновидности
Различают несколько типов макетных плат:
- Универсальные. Имеют только металлизированные отверстия, которые будут соединяться разработчиком.
- Для цифровых устройств. В них существуют отдельные места, где можно поместить микросхемы. Также по всей плате проведены шины подачи питания.
- Специализированные. Создаются для различных устройств, которые должны работать на определённых микросхемах. Как правило, являются очень функциональными и проработанными.
Также, в зависимости от того, каким способом они делаются, различают два вида:
- Беспаечная макетная плата. В качестве преимуществ данного вида обычно называют целостность и аккуратность исполнения (если говорить о промышленных образцах).
- Спаянная макетная плата. Дешевизна и возможность легкого изменения устройства - вот основные преимущества данного вида.
Макетные платы для монтажа в гнёзда
Такие заготовки имеют тысячи отверстий, которые связаны между собой посредством металлических полосок. Выводы микросхем и радиодеталей вставляют в отверстия, а потом соединяют при помощи перемычек. Длинные ряды контактов, которые можно увидеть внизу, посередине и вверху платы, - это шины питания. Они используются, чтобы соединять многочисленные точки схемы с землёй и источником питания. Под каждым отверстием находится упругий контакт специальной формы, который обеспечивает высокую проводимость и долговечность соединений. Макетная плата может быть наращиваемой. В таких случаях на боковых гранях располагаются пазы, чтобы соединить несколько устройств в одно крупное.
Заключение
Макетная плата существенно позволяет облегчить труд разработчика. Также она повышает стабильность работы схемы, поэтому не брезгуйте пользоваться устройством. Нельзя не отметить и важную роль, которую макетная плата играет для людей, только начинающих заниматься разработкой электронных приборов, ведь многие из этих заготовок выпускаются уже под создание определённых устройств. Поэтому при конструировании популярной схемы имеет смысл поискать, нет ли уже заготовки под неё, ведь если ответ будет положительным, то это значительно сэкономит время.
Breadboard (макетная (монтажная) беспаечная плата) – один из основных инструментов как для познающих основы схемотехники, так и для профессионалов.
В этой статье вы познакомитесь с тем, где и как использовать breadboard и какие они бывают. После ознакомления с приведенными основами, вы сможете собрать свою электросхему с использовнием макетной беспаечной платы.
Исторический экскурс
В начале 1960 создание прототипов микросхем выглядело примерно так:
На платформе устанавливались металлические стойки, на которые наматывались проводники. Процесс прототипирования был достаточно длительным и сложным. Но человечество не стоит на месте и был придуман более элегантный подход: Беспечные монтажные платы - breadboards!
Если знать, что bread переводится как хлеб, а board - доска, то одна из ассоциаций, которая может возникнуть при упоминании слова breadboard - это деревянная подставка, на которой нарезают хлеб (как на рисунке ниже). В принципе, вы недалеки от истины.
Так откуда появилось это название - breadboard? Много лет назад, когда электронные компоненты были большими и неуклюжими, многие "самодельщики" в своих "гаражах" собирали схемы с использованием подставок для нарезки хлеба (пример показан на рисунке ниже).
Постепенно электронные компоненты становились меньше и получилось свести прототипирование к использованию более ли менее стандартных проводников, коннекторов и микросхем. Подход несколько изменился, но название перекочевало.
Breadboard - это беспаечная монтажная плата. Это отличная платформа для разработки прототипов или временных электросхем, с использованием которой вам не понадобится паяльник и все связанные с этим проблемы и затраты времени на распайку.
Прототипирование (prototyping) - это процесс разработки и тестирования модели вашего будущего устройства. Если вы не знаете как будет себя вести ваше устройство при определенных заданных условиях, лучше сначала создать прототип и проверить его работоспособность.
Беспаечные монтажные платы используют как для создания простеньких электросхем, так и для сложных прототипов.
Еще одна сфера применения breadbord"ов - проверка новых деталей и компонентов - например, микросхем (ICs).
Как уже упоминалось выше, созданная вами электросхема вполне может меняться и в этом основное преимущество использования беспаечных монтажных плат. Например, в любой момент вы можете включить в схему дополнительный светодиод, который будет реагировать на те или иные условия в вашей цепи. На рисунке ниже показан пример электросхемы для проверки работоспособности чипа Atmega, который используется в платах Arduino Uno.
“Анатомия беспаечных монтажных плат”
Лучший способ объяснить как именно работает breadboard - выяснить как плата выглядит изнутри. Рассмотрим на примере миниатюрной платы.
На рисунке ниже показан breadboard, на котором снято основание на нижней части. Как вы видите, на плате установлены ряды металлических пластин.
Каждая металлическая пластина имеет вид, приведенный на рисунке ниже. То есть, это не просто пластина, а пластина с клипсами, которые прячутся в пластиковой части монтажной платы. Именно в эти клипсы вы подключаете ваши провода.
То есть, как только вы подключили проводник к одному из отверстий в отдельном ряде, этот контакт будет одновременно подключен и к остальным контактам в отдельном ряде.
Обратите внимание, что на одной рельсе пять клипс. Это общепринятый стандарт. Большинство беспаечных монтажных плат реализуются именно таким образом. То есть, вы можете подключить до пяти компонентов включительно к отдельной рельсе на breadboard"е и они будут связаны между собой. Но ведь на плате десять отверстий в ряде!? Почему мы ограничены пятью контактами? Вы, наверное, обратили внимание, что по центру монтажной платы есть отдельная рельса без пинов? Эта рельса изолирует пластины друг от друга. Зачем это делается, мы разберем немного позже. Сейчас важно запомнить, что рельсы изолированы друг от друга и мы ограничены пятью связанными контактами, а не десятью.
На рисунке ниже показан светодиод, установленный на беспаечную монтажную плату. Обратите внимание, что две ноги светодиода установлены на изолированных параллельных рельсах. В результате не будет замыкания контактов.
Давайте теперь рассмотрим breadboard больших размеров. На таких платах, как правило, предусматривают две вертикально расположенные рельсы. Так называемые рельсы для питания.
Эти рельсы аналогичны по исполнению с горизонтальными, но при этом соединены друг с другом по всей длине. При разработке проекта вам часто необходимо питание для многих компонентов. Именно эти рельсы используются для питания. Обычно их отмечают "+" и "-" и двумя разными цветами - красным и голубым. Как правило, рельсы соединяют между собой, чтобы получить одинаковое питание по обоим сторонам макетки (смотрите на рисунке ниже). Кстати, нет необходимости подключать плюс именно к рельсе с обозначением "+", это исключительно подсказка, которая поможет вам структурировать ваш проект.
Центральная рельса без контактов (для DIP-микросхем)
Центральная рельса без контактов изолирует две стороны беспаечной монтажной платы. Помимо изоляции, эта рельса выполняет вторую важную функцию. Большинство микросхем (ICs), изготавливаются в стандартных размерах. Для того, чтобы они занимали минимум места на монтажной плате, используется специальный форм-фактор под названием Dual in-line Package, или сокращенно - DIP.
У DIP-микросхем контакты расположены по двум сторонам и отлично садятся на две рельсы по центру breadboard"а. Именно в этом случае изоляция контактов - отличный вариант, который позволяет сделать разводку каждого контакта микросхемы на отдельную рельсу с пятью контактами.
На рисунке ниже показана установка двух DIP микросхем. Сверху - LM358, ниже - микроконтроллер ATMega328, который используется во многих платах Arduino .
Строки и столбцы (горизонтальные и вертикальные рельсы)
Наверняка вы обращали внимание, что на беспаечных монтажных платах нанесены числа и буквы возле строк (горизонтальных рельс) и столбцов (вертикальных рельс). Эти обозначения нанесены исключительно для удобства. Прототипы ваших устройств очень быстро обрастают дополнительными компонентами, а одна ошибка в подключении приводит к неработоспособности электрической схемы или даже к выходу из строя отдельных компонентов. Гораздо проще подключить контакт к рельсе, которая отмечена цифрой и буквой, чем отсчитывать контакты "на глаз".
Кроме того, во многих инструкциях номера рельс тоже указываются, что значительно облегчает сборку вашей схемы. Но не забывайте, что даже если вы используете инструкцию, номера контактов на макетке не обязаны совпадать!
Колки на макетках
Некоторые монтажные платы изготавливаются на отдельной подставке, на которой установлены специальные колки. Эти колки используются для подключения источника питания к вашему breadboard "у. Более детально подобные макетки рассмотрены ниже.
Другие фичи
Когда вы разрабатываете электрическую схему, не обязательно ограничиваться одним breadboard "ом. На многих монтажных платах предусмотрены специальные пазы и выступы по бокам. С помощью этих слотов, вы можете соединить несколько макеток и сформировать необходимое для вас рабочее пространство. На рисунке ниже показаны четыре мини breadboard "а, соединенных вместе.
На некоторых монтажных беспаечных платах предусмотрена самоклеющаяся основа на задней части. Очень полезная фича, если вы хотите надежно установить макетку на какой-то поверхности.
На некоторых больших макетках вертикальные рельсы, на которые подается питание, состоят из двух изолированных друг от друга частей. Очень удобно, если в вашем проекте надо два разных источника питания: например, 3.3 В и 5 В. Но надо быть предельно осторожным и перед использованием breadboard "а подключить один источник питания и проверить напряжение на двух концах вертикальной рельсы с помощью мультиметра.
Подаем питание на breadboard
Подавать питание на breadboard можно по разному.
Если вы работаете с Arduino, вы можете соединить пины 5 В (3.3 В) и Gnd с двумя разными рельсами макетки. На рисунке ниже показано подключение контакта Gnd с Arduino к рельсе мини макетной монтажной платы.
Как правило, Arduino запитывается от USB порта на компьютере или от внешнего источника питания, которые мы можем предать на рельсу макетки.
Монтажные беспаечные платы с колками
Выше уже упоминалось, что на некоторых монтажных платах устанавливают колки для подключения внешнего источника питания.
Для начала работы, необходимо подключить колки к рельсам на breadboard "е с помощью проводников. Колки не связаны ни с одной рельсой, что дает вам пространство для маневра: на какую именно рельсу подавать питание и землю.
Для подключения провода к колку, открутите пластиковый колпачок и поместите конец провода в отверстие (смотрите на фото ниже). После этого, закрутите колпачок обратно.
Как правило, вам будут необходимы два колка: для питания и для земли. Третий колок можно использовать, если вам понадобится альтернативный источник питания.
Колки соединены с рельсами, но это не конец. Теперь надо подключить внешний источник питания. Вариантов несколько.
Можно использовать специальные джеки, как это показано на фото ниже.
Можно использовать "крокодилов" и даже обычные проводники. Зависит исключительно от ваших предпочтений и деталей, которые есть у вас в наличии.
Один из достаточно универсальных вариантов - распаять контакты на джеке под ваш источник питания и подключить провода к колкам, как это показано ниже.
Можно использовать и специальные модули-стабилизаторы питания, которые выпускаются под беспаечные монтажные платы. Некоторые модули дают возможность запитывать макетку от USB порта, некоторые изготавливаются со стандартными джеками под блоки питания. На большинстве подобных модулей стабилизаторов питания предусмотрена регулировка напряжения. Например, можно выбрать напряжение, которое пойдет на рельсу: 3.3 В или 5 В. Один из вариантов подобных модулей регуляторов/стабилизаторов напряжения показан на рисунке ниже.
Простая электросхема с использованием беспаечной монтажной платы
Основы работы с беспаечной монтажной платой мы рассмотрели. Давайте рассмотрим пример простой электрической цепи, в которой будем использовать breadboard.
Ниже приведен список узлов, которые понадобятся для нашей цепи. Если у вас нет именно этих деталей, можете заменить их на аналогичные. Не забывайте: одну и ту же электрическую цепь можно собрать, используя разные компоненты.
- Breadboard
- Регулятор/стабилизатор напряжения
- Блок питания
- Светодиоды
- Резисторы на 330 Ом 1/6 Вт
- Коннекторы
- Тактовые кнопки (квадрат 12 мм)
Собираем электрическую цепь
Фотография собранной электрической цепи с использованием беспаечной монтажной платы приведена ниже. В проекте используются две кнопки, резисторы и светодиоды. Обратите внимание, что две аналогичные цепи собраны по разному.
Красная плата слева - стабилизатор напряжения, который обеспечивает питание 5 В на рельсах макетки.
Схема собирается следующим образом:
- К позитивной ноге (аноду) светодиода подключается питание 5 В от соответствующей рельсы breadboard "а.
- Отрицательная нога (катод) светодиода, подключена к резистору 330 Ом.
- Резистор подключен к тактовой кнопке.
- Когда кнопка нажата, цепь замыкается с землей и светодиод зажигается.
При прототипировании важно разбираться в электрических схемах. Давайте кратко рассмотрим электрическую схему нашей небольшой электрической цепи.
Электрическая схема - это схематическое изображение, в котором используются универсальные обозначения для отдельных электрических компонентов и отображается последовательность их подключения. Подобные элекрические схемы можно получить, используя программу Fritzing .
Электрическая схема нашего проекта показана на рисунке ниже. Питание 5 В изображено стрелкой в верхней части схемы. 5 В подключается к светодиоду (треугольник и горизонтальная линия со стрелками). После этого светодиод подключается к резистору (R1). После этого установлена кнопка (S1), которая замыкает цепь. И в конце цепи - земля (Gnd - горизонтальная линия снизу).
Наверняка возникает вопрос: а зачем нам электрические схемы, если можно просто создать принципиальную схему подключения с использованием того же Fritzing? Например, как на подобном рисунке:
Как уже упоминалось выше, собрать одну и ту же схему можно по-разному, а вот электрическая принципиальная схема останется одинаковой. То есть, практическая имплементация может отличаться, что дает вам пространство для фантазии и более общее понимание процессов, которые происходят в вашем проекте.
В распоряжении имеется заводская макетная плата вот такого типа:
Она не нравится мне по двум причинам:
1) При монтаже деталей приходится постоянно вертеть туда-сюда, чтоб сначала поставить радиодеталь, а потом припаять проводник. На столе ведёт себя неустойчиво.
2) После демонтажа отверстия остаются залиты припоем, перед следующим использованием платы приходится их прочищать.
Поискав в интернете различные виды макетных плат, которые можно сделать своими руками и из доступных материалов, наткнулся на несколько интересных вариантов, один из которых решил повторить.
Вариант №1
Цитата с форума: «Я, например многие годы, использую вот такие самодельные макетные платы. Собраны из куска стеклотекстолита, в который наклёпаны медные штырьки. Такие штырьки можно либо купить на радиорынке, либо изготовить самому из медной проволоки диаметром 1,2-1,3 мм. Более тонкие штырьки слишком сильно гнутся, а более толстые забирают слишком много тепла при пайке. Эта «макетка» позволяет многократно использовать самые затрапезные радиоэлементы. Соединения лучше делать проводом во фторопластовой изоляции МГТФ. Тогда однажды изготовленных концов хватит на всю жизнь.»
Думаю, что такой вариант подойдёт мне больше всего. Но стеклотекстолита и готовых медных штырьков в наличии не имеется, так что сделаю немного по-другому.
Медную проволоку добыл из провода:
Зачистил изоляцию и при помощи нехитрого ограничителя наделал штырьков одинаковой длины:
Диаметр штырьков — 1 мм .
За основу платы взял фанеру толщиной 4 мм (чем толще, тем крепче будут держаться штырьки ):
Чтобы не мучиться с разметкой, скотчем наклеил на фанеру разлинованную бумагу:
И просверлил отверстия с шагом 10 мм сверлом диаметром 0.9 мм :
Получаем ровные ряды отверстий:
Теперь нужно забить штырьки в отверстия. Так как диаметр отверстия меньше диаметра штырька, соединение получится внатяг и штырь будет плотно зафиксирован в фанере.
При забивании штырьков под низ фанеры нужно подложить металлический лист. Штырьки забиваются лёгкими движениями, и когда звук изменится, значит, штырь достиг листа.
Чтобы плата не ёрзала, делаем ножки:
Приклеиваем:
Макетная плата готова!
Таким же методом можно сделать плату для поверхностного монтажа (фото из интернета, радиоприёмник):
Ниже для полноты картины я приведу несколько годных конструкций, найденных в интернете.
Вариант №2В отрезок доски забиваются канцелярские кнопки с металлической головкой:
Осталось только залудить их. Омеднёные кнопки лудятся без проблем, а вот со стальными .
Для чего это делают? Это позволяет выявить недостатки, доработать схему, а затем, когда устройство будет отлажено, перенести его на разведенную печатную плату из фольгированного текстолита. Потому что отлаживать и вносить изменения в устройство, спаянное на протравленной плате всегда намного труднее. Конечно, и в этом случае можно изменить схему, перерезав часть дорожек, напаяв детали навесным монтажом со стороны печати, и так далее, но это уже крайний случай.
Сейчас в продаже есть множество отличных цанговых макетных плат, по невысокой цене, особенно если приобретать их без соединительных проводов. Пример устройства собранного на такой плате можно видеть ниже:
Рассмотрим, как устроены цанговые макетные платы , в них используются подпружиненные контакты, соединенные по 5 штук в ряд жестяными контактами, располагаются они обычно вертикально:
Также на плате предусмотрены ряды отверстий для подачи питания, (расположенные обычно горизонтально), плюс и минус, обозначенные соответственно (+) и (-) на плате. При втыкании провода в отверстие на плате он фиксируется, и если в эту же группу соединенных внутри платы отверстий воткнуть второй провод, между ними будет контакт. Макетные платы делятся на цанговые, или беспаечные, которые мы рассмотрели выше, и платы которые необходимо паять. На фабричных макетных платах, рассчитанных под пайку, вставляют провод в отверстие, пропаивают его с контактом на плате. Пример такой платы на следующем фото:
Все соединения на таких платах осуществляют гибким монтажным проводом, подпаивая его к используемым контактам. Такой провод может быть как оголённым, и тогда во избежание замыканий, его припаивают по всей длине следования к контактам на плате, как мы можем видеть на фото далее:
Также соединяющий контакты провод может быть в изоляции, и тогда он припаивается только к тем контактам, которые нужно соединить. Например, как на следующем рисунке:
Макетная плата под пайку соединение изолированным проводом
Вот так выглядит устройство, со стороны деталей, собранное на макетной плате:
Шаг отверстий у платы, рассчитанной под пайку, (впрочем, как и цанговой макетной платы) равняется приблизительно 2.5 мм, и соответствует шагу ножек у микросхем, выполненных в Dip корпусе. Некоторые умельцы радиолюбители, видимо из принципа изготавливают нечто подобное фабричным платам сами, своими руками:
При изготовлении такой платы, на места будущих контактов наносится защищающий от травления рисунок с помощью маркера или , и травится обычным способом, а после сверлится. Макетные платы для отладки устройства можно сделать самому и более простым способом, разделив резаком на участки кусок фольгированного текстолита:
В советское время, когда в продаже не было фабричных макетных плат, и даже фольгированный текстолит был не всем доступен, радиолюбители изготавливали и такие макетные платы:
Делали такую макетную плату из впрессованных в не фольгированный текстолит или кусок фанеры жестяных лепестков - контактов, впоследствии залуженных, а к этим лепесткам уже паяли радиодетали и соединительные провода. Материал подготовил AKV.
Часто для того чтобы быстро собрать макет какой-нибудь электронной схемы на столе, удобно воспользоваться макетной платой, которая позволяет обойтись без пайки. И лишь затем, когда вы убедитесь в работоспособности своей схемы, можно озаботиться созданием печатной платы с пайкой. Для человека, только начинающего познавать мир электроники, совсем не очевидным может быть использование такого инструмента как макетная плата или «бредборд» (breadboard). Давайте посмотрим, что же такое макетная плата и как с ней работать.
Инструкция по работе с беспаечной макетной платой (бредбордом)
Нам понадобится:
- Макетная плата (breadboard), покупаем ;
- соединительные провода (рекомендую вот такой набор);
- светодиод (можно купить );
- резистор сопротивлением 330 Ом или близко к этому (отличный набор резисторов всех популярных номиналов);
- батарейка типа «Крона» на 9 вольт.
1 Описание макетной платы
Видов макетных плат существует множество. Они различаются количеством выводов, количеством шин, конфигурацией. Но устроены все они по одному принципу. Макетная плата состоит из пластикового основания со множеством отверстий, расположенных обычно со стандартным шагом 2,54 мм. С таким же шагом обычно располагаются ножки у выводных микросхем. Отверстия нужны для того, чтобы вставлять в них выводы радиоэлементов или соединительные провода. Типичный вид макетной платы представлен на рисунке.
Различные виды макетных плат (breadboard)
Своё английское название - breadboard («доска для хлеба») - такой вид плат получил из-за сравнения с доской для нарезки хлеба: она подходит для быстрого «приготовления» несложных схем.
Также существуют макетные платы под пайку. Отличаются они тем, что сделаны обычно из стеклотекстолита, а их металлизированные площадки хорошо подходят для пайки проводов и выводных радиоэлементов к ним. В этой статье мы не рассматриваем такие платы.
2 Устройство макетной платы
Давайте посмотрим, что внутри у макетной платы. На рисунке слева показан общий вид платы. На правой части рисунка цветом обозначены шины-проводники. Синий цвет - это «минус» схемы, красный - «плюс» , зелёный - это проводники, которые вы можете использовать по своему усмотрению для соединений частей электрической схемы, собираемой на макетной плате. Обратите внимание, что центральные отверстия соединены параллельными рядами поперёк макетной платы, а не вдоль. В отличие от шин питания, которые размещены по краю макетной платы вдоль её краёв. Как видно, имеется две пары шин питания, что позволяет при необходимости подавать на плату два разных напряжения, например, 5 В и 3,3 В.
Устройство макетной платы (breadboard)
Две группы поперечных проводников разделены широкой бороздкой. Благодаря этому углублению на макетную плату можно ставить микросхемы в DIP-корпусах (корпусах с «ножками»). Как на рисунке ниже:
Существуют также радиоэлементы для поверхностного монтажа (их «ножки» при монтаже вставляются не в отверстия в печатной плате, а припаиваются прямо на её поверхность). Их использовать с подобной макетной платой можно лишь со специальными переходниками - прижимными или под пайку. Универсальные переходники называются «панели с нулевым усилением» или ZIF-панели, используя иностранную терминологию. Такие переходники бывают чаще всего под 8-выводные микросхемы и под 16-выводные микросхемы . Пример таких элементов и такого переходника показан на иллюстрации.
Цифры и буквы на макетной плате нужны для того, чтобы вы легче могли ориентироваться на плате, а в случае необходимости - нарисовать и подписать свою принципиальную схему. Это иногда может пригодиться при монтаже больших схем, особенно если вы монтируете по описанию. Пользоваться ими примерно так же, как буквами и цифрами на шахматной доске, например: подключаем вывод резистора в гнездо E-11 и т.п.
3 Собираем схему на макетной плате
Для приобретения навыка работы с макетной платой соберём простейшую схему, как показано на рисунке. «Плюс» батарейки подключим к плюсовой шине макетной платы, «минус» - к отрицательной шине. Яркие красные и чёрные линии - это соединительные провода, а бледные полупрозрачные - это соединения, которые обеспечивает макетная плата, они показаны для наглядности.
Загрузка...