Для налаживания и тестирования самодельных электронных устройств радиолюбители используют так называемые макетные платы. Применение макетной платы позволяет проверить, наладить и протестировать схему ещё до того, как устройство будет собрано на готовой печатной плате.
Это позволяет избежать ошибок при конструировании, а также быстро внести изменения в разрабатываемую схему и тут же проверить результат. Понятно, что макетная плата, безусловно, экономит кучу времени и является очень полезной в мастерской радиолюбителя.
Прогресс и развитие электроники также затронул и макетные платы. В настоящее время можно без особых проблем приобрести беспаечную макетную плату. В чём плюсы такой беспаечной макетной платы? Самый важный плюс беспаечной монтажной платы – это отсутствие процесса пайки при макетировании схемы. Это обстоятельство значительно сокращает процесс макетирования и отладки устройств. Собрать схему на беспаечной монтажной плате можно буквально за пару минут!
Как устроена беспаечная макетная плата?
Беспаечная макетная плата состоит из пластмассового основания в котором имеется набор токопроводящих контактных разъёмов. Этих контактных разъёмов очень много. В зависимости от конструкции макетной платы контактные разъёмы объединяются в строки, например, по 5 штук. В результате образуется пятиконтактный разъём. Каждый из разъёмов позволяет подключать к нему выводы электронных компонентов или токопроводящих проводников диаметром, как правило, не более 0,7 мм.
Но, как говориться, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Вот так выглядит беспаечная макетная плата EIC-402 для монтажа без пайки на 840 точек. Таким образом, данная макетная плата содержит 840 контактных разъёмов!
Основа макетной платы – ABS пластик. Контактные разъёмы выполнены из фосфористой бронзы и покрыты никелем. Благодаря этому, контактные разъёмы (точки) рассчитаны на 50 000 циклов подключения/отключения. Контактные разъёмы позволяют подключать выводы радиодеталей и проводники диаметром от 0,4 до 0,7 мм.
А вот так выглядит отладочная плата для микроконтроллеров серии Pic, собранная на беспаечной макетной плате.
Как видим, беспаечная макетная плата позволяет устанавливать резисторы , конденсаторы , микросхемы, светодиоды и индикаторы. Невероятно просто и удобно.
С помощью беспаечной макетной платы изучение электроники превращается в увлекательный процесс. Принципиальные схемы собираются на макетке без лишнего труда. Всё настолько просто, как если бы вы играли с конструктором LEGO.
В зависимости от «крутизны» беспаечной макетной платы она может комплектоваться набором соединительных проводников (проводов-джамперов), дополнительных разъёмов и пр. Несмотря на все «плюшки» основным показателем качества беспаечной макетной платы всё же является качество контактных разъёмов и их количество. Тут всё понятно, чем больше контактных точек (разъёмов), тем более сложную схему можно смонтировать на такой плате. Качество разъёмов также важно, ведь от частого использования разъёмы могут потерять свои упругие свойства, а это в будущем приведёт к плохому качеству контакта.
Поскольку разъёмы макетной платы позволяют подключать проводники диаметром не более 0,4-0,7 мм, то попытки «затолкнуть» толстые выводы деталей могут привести лишь к порче контакта. В таком случае к выводам радиоэлементов, имеющим достаточно большой диаметр, например, как у мощных диодов, лучше припаять или намотать провод меньшего диаметра и уже тогда подключать элемент к макетной плате.
Если планируется макетирование достаточно сложной схемы с большим количеством элементов, то площади беспаечной макетной платы может и не хватить. В таком случае схему лучше разделить на блоки, каждый из которых нужно собрать на отдельной макетной плате и затем соединить блоки в единое устройство с помощью соединительных проводников. Понятно, что в таком случае понадобится дополнительная макетная плата.
Как правило, макетная плата с набором соединительных проводников разной длины (проводов-джамперов) стоит дороже обычных беспаечных плат, которые такими проводниками не комплектуются. Но это не беда. В качестве соединительных проводников можно использовать и обычный провод в изоляции.
Например, прекрасно подходит для таких целей весьма распространённый и доступный по цене провод КСВВ 4х0,4 , который используется для монтажа охранно-пожарной сигнализации. Этот провод имеет 4 жилы, каждая из которых покрыта изоляцией. Диаметр самой медной жилы без учёта изоляции составляет 0,4 мм. Изоляция с такого провода легко снимается кусачками, а медный провод не покрыт лаковым покрытием.
Из одного метра такого кабеля можно наделать целую уйму соединительных проводников разной длины. Кстати, на фотографиях макетной платы, показанных выше, для соединения радиодеталей использовался как раз провод КСВВ.
Макетную плату следует оберегать от пыли. Если макетка долгое время не используется, то на её поверхности оседает пыль, которая забивает контактные разъёмы. В дальнейшем это приведёт к плохому контакту и макетку придётся чистить.
Беспаечные макетные платы не предназначены для работы с напряжением 220 вольт! Также стоит понимать, что макетирование и проверка работы сильноточных схем на беспаечной макетной плате может привести к перегреву контактных разъёмов.
Экранирование макетной платы.
Подготовка беспаечной макетной платы перед работой.
Перед тем, как начать макетировать схему на новой беспаечной макетной плате не лишним будет «прозвонить» контактные разъёмы мультиметром. Это нужно для того, чтобы узнать, какие точки-разъёмы соединены между собой.
Дело в том, что точки (разъёмы) на макетной плате соединены на макетной плате особым образом. Так, например, беспаечная макетная плата EIC-402 имеет 4 независимые контактные зоны. Две по краям – это шины питания (плюсовая «+ » и минусовая «- »), они маркированы красной и синей линией вдоль контактных точек. Все точки шины электрически соединены между собой и, по сути представляют собой один проводник но с кучей точек-разъёмов.
Центральная область разделена на две части. Посередине эти две части разделяет своеобразная канавка. В каждой части 64 строки по 5 точек-разъёмов в каждой. Эти 5 точек-разъёмов в строке электрически соединены между собой. Таким образом, если установить, например, микросхему в корпусе DIP-8 или DIP-18 по центру макетной платы, то к каждому её выводу можно подключить либо 4 вывода радиоэлементов, либо 4 соединительных проводника-джампера.
Также для подключения останутся доступны шины питания с обеих сторон макетной платы. Объяснить это на словах достаточно сложно. Конечно, лучше увидеть это вживую и вдоволь наиграться с беспаечной макетной платой. Вот такую схему я собрал на беспаечной плате. Это простейшая отладочная макетная плата для микроконтроллеров серии PIC. На ней установлен микроконтроллер PIC16F84 и элементы обвязки: индикатор, кнопки, зуммер...
Макетную плату для монтажа без пайки удобно использовать для быстрой сборки измерительных схем, например, для проверки ИК-приёмника .
Такие платы можно приобрести не только на радиорынках, но и купить в интернете .
Дешёвые беспаечные макетные платы можно приобрести на AliExpress.com . О том, как покупать радиодетали и наборы на AliExpress, я рассказывал .
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.
Если в первой части статьи упор сделан на обзор макетных плат и описание их устройства, то сейчас рассмотрим некоторые полезные тонкости и ньюансы, которые нужно знать при работе с такими макетными платами.
Если в инструкции беспаечной макетной платы сказано, что диаметр провода, вставляемого в контакты 0,4 - 0,7 мм, то не следует пытаться вставлять выводы деталей, которые толще указанной величины. Это приведет к ослаблению и износу контактов. Если же возникает необходимость применения таких деталей, то лучше припаять к толстым выводам проволочки указанного диаметра, или просто обмотать. Естественно, проволочка должна быть без изоляции.
Беспаечные макетные платы продаются в двух комплектациях: с проводами - джамперами и без них. В первом варианте плата получается несколько дороже, но вовсе не беда, если удалось купить отдельно плату, - всегда можно что-нибудь приспособить.
Коммутационные провода, конечно, продаются отдельно, но если нет желания или возможности их купить, то вполне подойдет провод КСВВ 4*0,4, используемый для монтажа .
Такой провод содержит 4 изолированных жилы с диаметром как раз 0,4 мм. Изоляция с провода легко снимается бокорезами или ножом, а сами жилы не имеют лакового покрытия.
В случае необходимости макетирования сложного устройства его отдельные функционально завершенные части лучше собрать на отдельных макетных платах небольших размеров, после чего из полученных узлов собрать всю конструкцию.
Иногда случается, что одно устройство еще не собрано, а требуется почему-то срочно собрать другое, совсем новое. И вот тут начинается! Надо разобрать собранную, еще не отлаженную схему, которую потом, возможно, придется собирать еще раз. А ведь единственный невосполнимый ресурс это время, которое теряется на эти бессмысленные сборки - разборки. Поэтому лучше не скупиться, а приобрести несколько макетных плат, дело пойдет быстрее.
Не следует забывать о том, что макетные платы рассчитаны на слаботочную аппаратуру, - и . Поэтому ни в коем случае недопустимо подавать на них напряжение сети - 220 В. Это может привести к перегреву контактов и пробою изоляции, а что будет после этого всем, наверно, известно.
Но даже и в транзисторах и микросхемах может случиться короткое замыкание, что вызовет перегрев этих элементов, приведет к нагреву контактов и расплавлению пластмассового основания платы. Поэтому при первом включении схемы желательно померить потребляемый ток или хотя бы проконтролировать пальцем температуру всех элементов.
Общее правило, не только для макетных плат. Сначала устанавливаются компоненты не подверженные воздействию статического электричества: , и .
На макетной плате также кроме деталей устанавливаются соединительные провода. Соединительные провода лучше устанавливать пинцетом или маленькими плоскогубцами. Этими же инструментами проводить и демонтаж проводов.
Как и во всех подобных случаях проверить плату на правильность монтажа, на отсутствие коротких замыканий или неконтактов. Неиспользуемые выводы микросхем не оставлять «висеть в воздухе», а подключать либо к общему проводу либо к шине питания. Свободные входы приведут к появлению на выходах таких элементов просто напросто помех, которые будут распространяться по всей схеме и ее наладка станет намного проблематичней.
Наверное, здесь же придется отметить, что макетные платы имеют большую емкость монтажа за счет длинных соединительных проводов, а также множества контактов. Поэтому слишком высокочастотные схемы на таких платах работать будут плохо, а может, не будут совсем.
Чтобы избежать влияния длинных проводников желательно выводы питания микросхем шунтировать керамическими конденсаторами небольшой емкости, как это делается на печатных платах.
Проверяя правильность монтажа, можно воспользоваться «дубовыми» микросхемами ТТЛ, которые практически не чувствительны к статике. Можно, конечно, обойтись и без них, но не очень удобно просовывать щупы мультиметра в отверстия на плате, удобнее касаться ножек микросхем. После завершения проверки и устранения неточностей «учебные» микросхемы следует заменить настоящими.
При использовании микросхем структуры КМОП для защиты от статики очень желательно применение антистатических заземляющих браслетов. Если таких в наличии нет, то можно рекомендовать использование проволочной мочалки для мытья сковородок. Такая мочалка имеет форму кольца, куда можно просунуть руку. С помощью гибкого провода через резистор сопротивлением не более 1МОм подключиться к заземлению.
После проверки схемы можно вставить в плату упомянутые микросхемы КМОП. При настройке схемы, замене деталей, либо внесении изменений защитный антистатический браслет лучше не снимать.
Макетные платы можно собрать для любого устройства. Они пользуются популярностью у начинающих электронщиков и опытных мастеров. Их собирают с пайкой и без пайки. Первые прочны и могут применяться как основная плата, а вторые более удобны в сборке за счет исключения паяльных работ.
Чтобы начать производство любого изделия необходимо сделать его макет, а потом, оценив работоспособность продукта и другие его параметры, приступить к выпуску серии. В этом случае вы экономите деньги и время. Но прототипы делают не только на производстве, они также широко применяются в электронике и, в первую очередь, это связано с выпуском макетных плат.
Допустим, вы собираетесь изготовить новое электронное устройство. Раньше прототип макетной платы имел вид прямоугольника из картона, в котором проделывались отверстия и туда вставлялись радиоэлементы, соединяющиеся между собой, и затем проверялась ее работа. Если функционирование устройства происходило нормально, то начиналось производство основной платы с использованием соответствующих материалов. Сейчас задача несколько упрощается - на рынке активно продаются макетные платы c уже подготовленными отверстиями и дорожками, которые можно найти в специализированных магазинах, например, вот в этом http://makerplus.ru/ , где можно подобрать подходящий вариант.
Какие макетные платы бывают
Макетные платы изготавливаются без пайки и с пайкой. Конструкция без пайки представляет пластиковый корпус с многочисленными отверстиями с контактными разъемами. В них монтируются детали. Отверстия предназначены для проводов диаметром 0, 7 мм. Расстояние между ними составляет 2, 54 мм, этого хватает, чтобы установить транзистор и другие элементы.
Дорожки питания обозначаются синей и красной линиями. Количество точек для разъемов может изменяться от 100 до 2500 штук. Принцип работы с такой платой простой. Вы монтируете в нужные отверстия электронные элементы и соединяете их обычными проводами, или покупаете специально подготовленные провода-джамперы. Если схема собрана неправильно, то вы разбираете ее и монтируете заново.
Макетная плата с пайкой
Такая плата отличается от выше рассмотренного варианта тем, что элементы, установленные в корпусе, можно паять. В этом случае вы можете использовать ее не только как макет, но и как настоящее изделие. Правда, тогда плата будет иметь несколько большие размеры. Кроме этого, паяные конструкции имеют более низкую цену.
Платы с пайкой, которые, кстати, можно приобрести на страничке интернет-магазина http://makerplus.ru/category/breadboard , имеют отверстия под провода диаметром до 0,9 мм и располагаются с шагом в один дюйм(2, 54мм). С одной стороны конструкции располагаются прямые изолированные линии фольги, а с другой устанавливаются радиоэлементы и перемычки.
- Сразу разрежьте плату до нужных размеров. Для этого подойдут обычные ножницы, резак, ножовка. Можно даже просто разломать ее по отверстиям, но затем зачистив края.
- Если вы не собираетесь пользоваться платой прямо сейчас, то не трогайте лишний раз руками участки с фольгой. Руки могут быть влажными, что приведет к коррозии поверхности и ухудшению контакта.
- Если окислы или загрязнения имеют место, то очистите их при помощи нулевой наждачной бумаги или обычным ластиком.
- Радиоэлементы устанавливают со стороны, где нет полосок из фольги. Выводы просовывают в отверстия и запаивают с обратной стороны.
- Синий цвет токопроводящих дорожек обозначает «минус» схемы, красный «плюс», а зеленый используют по своему усмотрению. Дорожки маркируются с той же стороны, где расположена фольга.
- Самое важное позиционирование деталей происходит в вертикальном положении, так как в этом случае ошибка приведет к неправильно собранной цепи.
Учитывайте, что макетные платы обоих типов могут иметь по бокам пазы. Это необходимо для тех, кто собирает большое устройство, состоящее из нескольких модулей. Пазы позволяют собрать одну крупную плату из нескольких маленьких.
Для конструирования и отладки прототипов самых различных устройств на ардуино используются макетные платы (другое название – беспаечные монтажные платы и breadboard). Они бывают нескольких разновидностей и отличаются по размерам и некоторым другим конструктивным особенностям. Макетные платы breadboard могут помочь как начинающим инженерам для создания простых схем, так и при макетировании сложных устройств. Что такое макетная плата и как пользоваться этим приспособлением расскажет данная статья.
Редко какой реальный проект Arduino содержит менее 5-10 элементов, соединенных между собой. Даже в простой хорошо всем известной схеме маячка применяются 2 элемента, светодиод и резистор, которые надо как-то соединять друг с другом. И тут как раз и встает вопрос о том, каким способом это сделать.
На сегодняшний момент существуют следующие основные способы монтажа, которыми используются в электронике и робототехнике на этапе создания прототипов:
- Пайка. Для этого применяют специальные платы с отверстиями, в которые вставляются детали и соединяются друг с другом пайкой (с использованием паяльника) и перемычками.
- Накрутка. По данной технологии контактные соединения устройств объединяются с макетной платой при помощи обмотки чистого провода к штыревому контакту.
Самым современным вариантом для создания прототипов является беспаечная макетная плата, которая обладает несомненными преимуществами:
- Возможность проводить отладочные работы большое количество раз изменяя модификацию схем и способы подключения устройств;
- Возможность соединения нескольких плат в одну большую, что позволяет работать с более сложными и большими проектами;
- Простота и быстрота создания прототипов;
- Долговечность и надежность.
Английский вариант названия беспаечной макетной платы – breadboard.
Схема макетной платы
Чтобы знать, как пользоваться макетной платой, следует понять принцип ее устройства.
Макетная плата для монтажа без пайки имеет пластиковое основание с множеством отверстий (стандартное расстояние между ними составляет 2,54 мм). Внутри конструкции расположены ряды металлических пластин. На каждой пластине имеются клипсы, которые спрятаны в пластиковой части установки.
Включение проводов выполняется именно в эти клипсы. При подключении проводника к одному из отдельных отверстий, контакт одновременно подключается и ко всем остальным контактам отдельного ряда.
Стоит обратить внимание, что одна рельса содержит 5 клипс. Это общий стандарт для всех беспаечных плат. То есть, к каждому рельсу можно подсоединить до пяти элементов, и они будут соединены между собой.
Следует отметить, что хотя в каждом ряду расположены десять отверстий, они все-таки разделены на две изолированные части, по пять в каждой. Между ними расположен рельс без пинов. Такая конструкция необходима для изоляции пластин друг от друга, и позволяет просто подключать микросхемы, выполненные в DIP-корпусах.
Некоторые макетные платы включают также по две линии питания с каждой из сторон. Обычно «красная линия» используется для подачи «+» напряжения, «синяя» – для «-». За счет наличия двух шин питания на плату могут подаваться два различных уровня напряжения.
Для упрощения ориентации на макетную плату также нанесены цифровые и буквенные обозначения, которыми можно руководствоваться, создавая, например, инструкцию для подключения.
Основные виды макетных плат
Макетные платы различаются по количеству выводов, расположенных на панели, числом шин и конфигурацией. Бывают и макетные платы, в которых контактные соединения выполняются посредством пайки, однако работать с ними сложнее, чем с беспаечными устройствами.
В зависимости от характеристик наиболее распространены такие виды:
- Для сборки больших микросхем в основном используются беспаечные платы на 830 или 400 отверстий. Для соединения нескольких компонентов и подвода проводов к необходимым точкам – на 8, 10, 16 отверстий;
- С наличием пазов для сцепления плат, которые позволяют реализовывать достаточно большие проекты;
- С наличием самоклейки на основании для надежного закрепления на устройстве;
- С нанесенными на плату обозначениями для подключения устройств.
В зависимости о стоимости и производителя в комплектацию могут входить и дополнительные аксессуары – провода-джамперы, разнообразные разъемы. Но главным критерием качества всегда остается количество контактных разъемов и их технические характеристики.
Как пользоваться макетной платой
Пользоваться макетной платой достаточно просто. При создании схемы в отверстия на пластиковом корпусе вставляются необходимые элементы – конденсаторы, резисторы, различные индикаторы, светодиоды и т.д. Ширина разъемов позволяет подключать к контактам проводники с сечением от 0,4 до 0,7 мм.
Простейшим примером создания прототипа схемы с использованием макетной платы может стать такой вариант реализации:
Для ее сборки необходимо взять:
- Макетную плату (breadboard);
- провода для соединения;
- 1 светодиод;
- тактовую кнопку;
- резистор с номинальным сопротивлением 330 Ом;
- батарейку типа «Крона» на 9В.
Плюс батарейки подключается к плюсовой шине, а минус к отрицательной. Если схема собрана правильно, то при нажатии на кнопку будет обеспечиваться загорание светодиода.
Внимание! Беспаечные макетные платы абсолютно недопустимо использовать с напряжением 220В!
Макетные платы breadboard оптимальны для создания практически любых цифровых схем и не предназначены для сборки аналоговых схем, с высокой чувствительностью к величине сопротивления. В своей практике их часто используют как новички, познающие основы схемотехники, так и опытные профессионалы ввиду простоты монтажа и высокого качества соединения рабочих контактов.
