Быстрая сборка схем на беспаечных макетных платах. Макетные платы

Породившая холивар в комментариях. Многие сторонники Ардуины, по их словам, хотят просто чего-то собрать типа мигающих светодиодов с целью разнообразить свой досуг и поиграться. При этом они не хотят возиться с травлением плат и пайкой. Как одну из альтернатив товарищ упомянул конструктор «Знаток», но его возможности ограничены набором деталей, входящих в комплект, да и конструктор все же детский. Я же хочу предложить другую альтернативу - так называемый Breadboard, макетная плата для монтажа без использования пайки.
Осторожно, много фоток.

Что это такое и с чем его едят

Схема электрических соединений гнезд изображена на правом рисунке: пять отверстий с каждой стороны, в каждом из рядов(в данном случае 30) электрически соединены между собой. Слева и справа находится по две линии питания: здесь все отверстия в столбце соединены между собой. Прорезь по средине предназначена для установки и удобного извлечения микросхем в DIP-корпусах. Для сборки схемы в отверстия вставляются радиодетали и перемычки, так как мне плата досталась без заводских перемычек - я их делал из металлических канцелярских скрепок, а маленькие(для соединения соседних гнезд) из скоб для степлера.
Может показаться, что чем больше плата - тем больше её функциональность, это не совсем так. Весьма малый шанс что кто-то (особенно из начинающих) будет собирать устройство, которое займет все сегменты платы, вот несколько устройств одновременно - это да. Например здесь я собрал электронное зажигание на микроконтроллере, мультивибратор на транзисторах и генератор частоты для LC-метра:

Ну и что можно с этим сделать?

Неободимые детали

Подключение светодиода

Линейный стабилизатор напряжения

Генератор импульсов на логических элементах

Мультивибратор на транзисторах

В заключение

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.

Всех приветствую. Речь сегодня пойдет о макетной плате. Радиолюбители поймут без лишних вопросов, поскольку через поделки на макетных платах прошли практически все в начале своего становления. Для остальных немного поподробнее. Макетная плата нужна для временного монтажа радиодеталей при отладке электронных схем и решения проблем, которые возникают на стадии изготовления устройства.

Во времена моей молодости и тотального дефицита, макетные платы изготавливали самостоятельно из куска фольгированного гетинакса или стеклотекстолита расчерчивая в клеточку медное покрытие резаком, что бы получилось много площадок, к которым можно было бы припаять контакты радиодеталей согласно схеме. Это было оправдано, поскольку изготовить плату самостоятельно было достаточно трудоемко. Случалось даже так, что самоделки оставались в первоначальном варианте на макетной плате, поскольку внутри корпуса никто не видит, как топорно все изготовлено, а схема работает и первоначальная цель достигнута. Экономия времени и ресурсов - налицо.
Самодельная макетная плата часто выглядела так:

Но время шло, прогресс не стоял на месте. С ростом навыков схемы становились сложнее, количество выводов и точек пайки увеличивалось пропорционально и самодельные макетные платы (макетки) уже не закрывали проблему в полном объеме. Вот тут и начали появляться промышленные макетные платы, вернее они существовали и раньше, но доступны были не всем. И если для ребят с радиокружка вначале сделать радиоприемник или цветомузыку было достижением, то позже схемы с цифровой логикой в реализации становились еще сложнее. Ведь приходилось сверлить много мелких отверстий и рисовать проводники лаком для ногтей, а в завершении травить в медном купоросе. И если были допущены ошибки при изготовлении, то внешний вид платы стремительно скатывался к ужасному.
Это тоже макетная плата, но уже промышленного изготовления:


В обилии проводов угадывается какой то клон спектрума.

На данный момент электронщикам доступны различные современные технологии изготовления плат, в том числе и заказы мелких серий на заводах за сравнительно невысокую цену. Но макетные платы в любом случае занимают свою нишу и рано или поздно ими приходится пользоваться.

Заказ и доставка

Во общем то в макетной плате(далее макетке) нуждался не сильно, поскольку изготовлением электроники занимаюсь не профессионально и исключительно для себя. Но увидев случайно в продаже, решил заказать. Плата была заказана в ноябре прошлого года, пришла в простом пакете без пупырок, примерно за месяц. Внутри ничего не было кроме самой платы. Повреждений учитывая хрупкость гетинакса не было.

Выглядит она так:




Цвет медной фольги приятный, почти натуральный. Дорожки макетной платы покрыты защитным составом напоминающим слабый раствор канифоли в спирте. По крайней мере при пайке количество дыма минимально и следов горелой канифоли не наблюдается.

Размеры заявлены 9х15 см, по факту так и есть, толщина 1 мм, что на мой взгляд маловато учитывая свойства материала. Слой фольги имеет толщину примерно 20 мкм.

последняя дата поверки =)

Основа макетной платы гетинакс

Гетинакс - электроизоляционный слоистый прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой.
В основном используется как основа заготовок печатных плат. Материал обладает низкой механической прочностью, легко обрабатывается и имеет относительно низкую стоимость. Широко используется для дешёвого изготовления плат в низковольтной бытовой аппаратуре, так как в разогретом состоянии допускает штамповку, благодаря чему получается плата любой формы вместе со всеми отверстиями.

Пробное применение:

Использую вот такие ингредиенты

Для пайки


Припой с канифолью внутри, канифоль натуральная, паяльник 25 Вт, температура жала примерно 330-350 градусов без регулировки.
И для резки гравер дефорт+набор китайских фрез




фрезы конечно жуткие в плане качества, купил на новый год у JD, не удержался.

Почему купил именно эту макетку а не более продвинутые - для редкого применения и что бы выкинуть было не жалко. Металлизацией не пользуюсь практически. Макетная плата без пайки тоже куплена, но пока лежит без применения. У нее по сравнению с обозреваемой недостаток - требуются выводы нужной длины и формованые. А поскольку у меня огромные запасы старых и в том числе б/у деталей (ругаю себя постоянно выкинуть все надо), то пайка единственный правильный вариант.

Выводы: бюджетная макетка. Если нет в запасе парочку можно иметь.

А котэ то где?