Prkénko - Breadboard
Prkénko , nebo protoboard, je stavební základnou pro prototypování z elektroniky . Původně se toto slovo týkalo doslova chlebové desky, leštěného kusu dřeva používaného při krájení chleba. V 70. letech 20. století se stal k dispozici nepájitelný prkénko ( aka plugboard , deska s terminálovým polem) a v dnešní době se na ně běžně používá termín „breadboard“.
Protože pájecí deska bez pájení nevyžaduje pájení , je opakovaně použitelná. To usnadňuje použití při vytváření dočasných prototypů a experimentování s návrhem obvodů. Z tohoto důvodu jsou bezpájkové prkénka oblíbené také u studentů a v technologickém vzdělávání. Starší typy prkének tuto vlastnost neměly. Elektrická vodicí deska ( Veroboard ) a podobné prototyping desky plošných spojů , které se používají k vytvoření semi-permanentní pájených prototypy nebo jednorázových, nemohou být snadno znovu použít. Různé elektronické systémy lze prototypovat pomocí prkének, od malých analogových a digitálních obvodů až po kompletní centrální procesorové jednotky (CPU).
Ve srovnání s trvalejšími způsoby připojení obvodů mají moderní prkénka vysokou parazitní kapacitu, relativně vysoký odpor a méně spolehlivá připojení, která podléhají otřesům a fyzické degradaci. Signalizace je omezena na přibližně 10 MHz a ne vše funguje správně i hluboko pod touto frekvencí.
Běžným používáním v systému v éře čipů (SoC) je získání mikrokontroléru (MCU) na předem sestavené desce tištěných spojů (PCB), která odhaluje řadu vstupních/výstupních (IO) pinů v záhlaví vhodném pro připojení na prkénko a poté prototypovat obvod, který využívá jednu nebo více periferií MCU, jako jsou univerzální vstupy / výstupy (GPIO), sériové transceivery UART / USART , převodník analogového signálu na digitální (ADC), digitální na analogový převodník (DAC), modulace šířky pulsu (PWM; používá se v řízení motoru ), sériové periferní rozhraní (SPI) nebo I²C .
Pro MCU je pak vyvinut firmware pro testování, ladění a interakci s prototypem obvodu. Vysokofrekvenční provoz je pak do značné míry omezen na PCB SoC. V případě vysokorychlostních propojení, jako jsou SPI a I²C, lze tyto ladit nižší rychlostí a později je znovu zapojit pomocí jiné metodiky sestavování obvodů, aby se využil provoz při plné rychlosti. Jediný malý SoC často poskytuje většinu těchto možností elektrického rozhraní v podobě sotva větší než velká poštovní známka, která je k dispozici na americkém hobby trhu (a jinde) za pár dolarů, což umožňuje vytvářet poměrně sofistikované prkénkové projekty za skromné náklady .
Vývoj
V počátcích rádia přibíjeli amatéři na dřevěnou desku (často doslova desku na krájení chleba) holé měděné dráty nebo svorkovnice a pájili k nim elektronické součástky. Někdy bylo na desku nejprve přilepeno papírové schematické schéma jako vodítko pro umístění terminálů, poté byly komponenty a vodiče instalovány přes jejich symboly na schématu. Běžné bylo také používání připínáčků nebo malých hřebíků jako montážních sloupků.
Breadboards se v průběhu času vyvíjely a tento termín se nyní používá pro všechny druhy prototypových elektronických zařízení. Například americký patent 3 145 483 byl podán v roce 1961 a popisuje prkénko z dřevěného talíře s namontovanými pružinami a dalšími zařízeními. US Patent 3 496 419, byl podán v roce 1967 a odkazuje na konkrétní rozložení desky s plošnými spoji jako Breadboard s plošnými spoji . Oba příklady odkazují a popisují jiné typy prkének jako dosavadní stav techniky .
Dnes běžně používaná prkénko je obvykle vyrobena z bílého plastu a jde o zásuvné (nepájivé) prkénko. Byl navržen Ronaldem J. Portugalem v roce 1971.
Alternativy
.jpg)
Alternativními metodami pro vytváření prototypů jsou konstrukce typu point-to-point (připomínající původní dřevěné prkénka), drátěný obal , drátěná tužka a desky jako stripboard. Složité systémy, jako jsou moderní počítače obsahující miliony tranzistorů , diod a rezistorů , se nehodí k prototypování pomocí prkének, protože jejich složité konstrukce může být obtížné rozložit a ladit na prkénku.
Moderní návrhy obvodů jsou obecně vyvíjeny pomocí schematického systému zachycování a simulace a testovány v softwarové simulaci před tím, než jsou první prototypové obvody postaveny na desce s plošnými spoji . Návrhy integrovaných obvodů jsou extrémnější verzí stejného postupu: protože výroba prototypu křemíku je nákladná, před výrobou prvních prototypů se provádějí rozsáhlé softwarové simulace. Techniky prototypování se však stále používají pro některé aplikace, jako jsou RF obvody nebo tam, kde jsou softwarové modely součástí nepřesné nebo neúplné.
Je také možné použít čtvercovou mřížku dvojic otvorů, kde jeden otvor na pár se připojí k jeho řadě a druhý ke svému sloupci. Stejný tvar může být v kruhu s řadami a sloupci, každý ve spirále proti směru hodinových ručiček/proti směru hodinových ručiček.
Nepájivá deska
Typické specifikace
Moderní zásuvka na nepájivé prkénko (vynalezená Ronaldem J Portugalem pro E&L Instruments, Derby CT) se skládá z perforovaného bloku plastu s četnými pružinovými sponami z pocínovaného fosforového bronzu nebo slitiny niklu a stříbra pod perforacemi. Klipům se často říká spojovací body nebo kontaktní body . Počet spojovacích bodů je často uveden ve specifikaci prkénka.
Rozteč mezi sponami (rozteč vývodů) je typicky 0,1 palce (2,54 mm). Integrované obvody (IC) v dvojitých řadových řadách (DIP) lze vložit tak, aby obkročily středovou osu bloku. Do zbývajících volných otvorů lze vložit propojovací vodiče a vývody diskrétních součástek (jako jsou kondenzátory , odpory a induktory ) a obvod tak dokončit. Tam, kde nejsou použity integrované obvody, mohou diskrétní součásti a propojovací vodiče použít jakýkoli z otvorů. Pružinové svorky jsou obvykle dimenzovány na 1 ampér při 5 voltech a 0,333 ampérů při 15 voltech (5 wattů ). Okraj desky má rybinové zářezy pro muže a ženy, takže desky lze spojit dohromady a vytvořit velké prkénko.
Sběrnice a svorkovnice
Bezpájecí prkénka spojují kolíky s vývody kovovými proužky uvnitř prkénka. Rozložení typické nepájivé prkénko se skládá ze dvou typů oblastí, nazývaných proužky. Pásky se skládají z propojených elektrických svorek.
- Svorkovnice
- Hlavní oblasti, do kterých se vejde většina elektronických součástek.
- Uprostřed svorkovnice prkénka se obvykle nachází zářez probíhající rovnoběžně s dlouhou stranou. Zářez má označit středovou osu svorkovnice a poskytuje omezené proudění vzduchu (chlazení) integrovaným obvodům DIP, které se rozkládají nad osou. Spony na pravé a levé straně zářezu jsou spojeny radiálním způsobem; typicky je pět spon (tj. pod pěti otvory) v řadě na každé straně zářezu elektricky spojeno. Pět sloupců vlevo od zářezu je často označeno jako A, B, C, D a E, zatímco sloupce vpravo jsou označeny F, G, H, I a J. Když je „hubený“ duální integrovaný obvod DIP (například DIP-14 nebo DIP-16, které mají mezi řadami pinů vzdálenost 0,3 palce (7,6 mm)), je zapojen do prkénka, kolíky na jedné straně čip by měl jít do sloupce E, zatímco kolíky na druhé straně jdou do sloupce F na druhé straně zářezu. Řádky jsou identifikovány čísly od 1 do tolika návrhů, jak jde. Většina prkének je navržena tak, aby pojala 17, 30 nebo 64 řad v mini, poloviční a plné konfiguraci.
- Autobusové pásy
- Zajistit napájení elektronických součástek.
- Sběrnicový pás obvykle obsahuje dva sloupce: jeden pro uzemnění a jeden pro napájecí napětí. Některá prkénka však poskytují na každé dlouhé straně pouze jednosloupový sběrnicový napájecí rozvod. Řádek určený pro napájecí napětí je obvykle označen červeně, zatímco řádek pro uzemnění je označen modře nebo černě. Někteří výrobci spojují všechny terminály ve sloupci. Jiní pouze spojují skupiny například 25 po sobě jdoucích terminálů ve sloupci. Druhý návrh poskytuje návrháři obvodů větší kontrolu nad přeslechy (induktivně spojený šum) na napájecí sběrnici. Skupiny v autobusovém pásu jsou často označeny mezerami v barevném označení.
- Sběrnicové lišty obvykle vedou po jedné nebo obou stranách svorkovnice nebo mezi svorkovnice. Na velkých prkénkách lze na horní a spodní straně svorkovnic často nalézt další sběrnicové lišty.
- Všimněte si, že existují dvě různá společná zarovnání pro napájecí sběrnice. Na malých deskách s přibližně 30 řadami jsou otvory pro napájecí sběrnici často zarovnány mezi signálními otvory. Na větších deskách, asi 63 řad, jsou otvory pro lišty napájecích sběrnic často zarovnány se signálními otvory. Díky tomu je některé příslušenství určené pro jeden typ desky nekompatibilní s druhým. Například některé adaptéry Raspberry Pi GPIO na prkénko používají ofsetově zarovnané napájecí piny, takže nejsou vhodné pro nepájivá pole se zarovnanými řadami napájecí sběrnice. Neexistují žádné oficiální standardy, takže uživatelé musí věnovat zvláštní pozornost kompatibilitě mezi konkrétním modelem prkénka a konkrétním příslušenstvím. Prodejci příslušenství a prkének nemají ve svých specifikacích vždy jasno v tom, jaké zarovnání používají. Kompatibilita může pomoci určit detailní fotografie uspořádání kolíku/otvoru.
.jpg)
Někteří výrobci poskytují oddělené sběrnice a svorkovnice. Jiní poskytují pouze bloky pole, které obsahují oba v jednom bloku. Pruhy nebo bloky jedné značky na prkénko lze často spojit dohromady a vytvořit tak větší prkénko.
V robustnější variantě je jeden nebo více prkének na prkénko namontováno na plech. Obvykle tento podkladový list také obsahuje řadu vazebných příspěvků . Tyto příspěvky poskytují čistý způsob připojení externího napájecího zdroje. Manipulace s tímto typem prkénka může být o něco snazší. Několik obrázků v tomto článku ukazuje takové nepájivé prkénka.
Diagram
Pruh na koncovém prkénku "plné velikosti" se obvykle skládá z přibližně 56 až 65 řad konektorů, přičemž každý řádek obsahuje výše uvedené dvě sady spojených svorek (A až E a F až J). Spolu se sběrnicovými lištami na každé straně to tvoří typickou pájecí desku 784 až 910 tie point point. Pruhy „malé velikosti“ obvykle obsahují přibližně 30 řádků. Najdou se miniaturní nepájivé prkénka až do 17 řad (bez sběrnicových pásků, 170 spojovacích bodů), ale jsou vhodné pouze pro malé a jednoduché konstrukce.
Přeskočte dráty
Propojovací vodiče (také nazývané propojovací vodiče) pro bezspájkové prkénko lze získat v sadách propojovacích drátů připravených k použití nebo je lze vyrobit ručně. Ten druhý se může stát nudnou prací pro větší obvody. Skokové vodiče připravené k použití přicházejí v různých kvalitách, některé dokonce s malými zástrčkami připevněnými ke koncům vodičů. Propojovací drát pro hotové nebo domácí dráty by měl být obvykle 22 AWG (0,33 mm 2 ) plný měděný, pocínovaný drát-za předpokladu, že na konce vodičů nebudou připevněny žádné malé zástrčky. Konce drátu by měly být odizolovány 3 / 16 až 5 / 16 palců (4,8 až 7,9 mm). Kratší odizolované dráty mohou mít za následek špatný kontakt s pružinovými svorkami desky (zachycení izolace v pružinách). Delší odizolované vodiče zvyšují pravděpodobnost zkratů na desce. Jehlové kleště a pinzety jsou užitečné při zavádění nebo vyjímání vodičů, zejména na přeplněných deskách.
Kvůli konzistenci jsou často dodržovány odlišně barevné dráty a disciplína barevného kódování . Počet dostupných barev je však obvykle mnohem menší než počet typů signálů nebo cest. Typicky je pro napájecí napětí a uzemnění vyhrazeno několik barev vodičů (např. Červená, modrá, černá), některá jsou vyhrazena pro hlavní signály a zbytek je jednoduše použit, kde je to vhodné. Některé sady propojovacích drátů připravené k použití používají barvu k označení délky vodičů, ale tyto sady neumožňují smysluplné schéma barevného kódování.
Pokročilé nepájivé prkénka
Někteří výrobci poskytují špičkové verze nepájivých prkének. Obvykle se jedná o vysoce kvalitní nepájivé moduly namontované na plochém pouzdře. Skříň obsahuje další vybavení pro prkénko, jako je napájecí zdroj , jeden nebo více generátorů signálu , sériová rozhraní , LED displej nebo LCD moduly a logické sondy .
Moduly bez pájky lze také nalézt namontované na zařízeních, jako jsou vyhodnocovací desky mikrokontrolérů . Poskytují snadný způsob přidání dalších obvodových obvodů na vyhodnocovací desku.
Vysoké frekvence a mrtvé chyby
Pro vysokofrekvenční vývoj poskytuje kovový prkénko žádoucí pájitelnou zemní rovinu, často neleptaný kus desky s plošnými spoji; integrované obvody jsou někdy přilepeny vzhůru nohama na prkénko a připájeny přímo, což je technika, která se někdy kvůli svému vzhledu nazývá konstrukce „ mrtvá chyba “. Příklady mrtvé chyby s konstrukcí základní roviny jsou ilustrovány v poznámce k aplikaci Linear Technologies.
Omezení
Vzhledem k relativně velké parazitní kapacitě ve srovnání se správně rozloženou deskou plošných spojů (přibližně 2 pF mezi sousedními kontaktními sloupci), vysokou indukčností některých spojů a relativně vysokým a nepříliš reprodukovatelným kontaktním odporem jsou nepájené prkénka omezeny na provoz na relativně nízkých frekvencích, obvykle méně než 10 MHz , v závislosti na povaze obvodu. Relativně vysoký kontaktní odpor již může být problémem pro některé stejnosměrné a velmi nízkofrekvenční obvody. Pájecí desky bez pájení jsou dále omezeny jejich napětím a proudem.
Pájky bez pájky obvykle nemohou pojmout zařízení pro povrchovou montáž (SMD) nebo součásti s roztečí mřížky jiným než 2,54 mm. Kromě toho nemohou pojmout součásti s více řadami konektorů, pokud tyto konektory neodpovídají rozložení dvojitých řad -není možné zajistit správnou elektrickou konektivitu. Někdy lze k montáži součásti na desku použít malé adaptéry plošných spojů nazývané „přerušovací adaptéry“. Takové adaptéry nesou jeden nebo více komponentů a mají rozteč kolíků samčího konektoru 0,1 palce (2,54 mm) v uspořádání s jedním řadovým nebo dvojitým řadovým zapojením pro vložení do nepájivé desky. Větší součásti jsou obvykle zapojeny do zásuvky na adaptéru, zatímco menší součásti (např. Rezistory SMD) jsou obvykle připájeny přímo na adaptér. Adaptér se poté zapojí do prkénka přes konektory 2,54 mm (0,1 palce). Potřeba pájet součásti na adaptér však neguje některé výhody použití nepájivého prkénka.
Velmi složité obvody se mohou stát nepájitelnými na nepájivém prkénku kvůli velkému množství potřebného zapojení. Samotné pohodlí snadného připojování a odpojování připojení také příliš usnadňuje nechtěné narušení připojení a systém se stává nespolehlivým. Je možné prototypovat systémy s tisíci spojovacími body, ale pečlivé montáži je třeba věnovat velkou pozornost a takový systém se stává nespolehlivým, jak se v průběhu času vyvíjí kontaktní odpor. V určitém okamžiku musí být velmi složité systémy implementovány do spolehlivější propojovací technologie, aby bylo pravděpodobné, že budou fungovat po použitelné časové období.
Další čtení
- Patenty
- US patent 231708, podaný v roce 1880, „ Elektrická rozvaděč “.
- US Patent 2477653, podaný v roce 1943, „ Primární elektrické cvičné testovací zařízení “.
- US patent 2568535, podaný v roce 1945, „ Deska pro předvádění elektrických obvodů “.
- US Patent 2885602, podaný v roce 1955, „ Výroba modulárních obvodů “.
- US Patent 3062991, podaný v roce 1958, „ Systém rychlého připojení a odpojení obvodu “.
- US patent 2983892, podaný v roce 1958, „ Montážní sestava pro elektrické obvody “.
- US patent 3085177, podaný v roce 1960, „ Zařízení usnadňující konstrukci elektrického zařízení “.
- US patent 3078596, podaný v roce 1960, „ deska pro montáž obvodů “.
- US Patent 3145483, podaný v roce 1961, „ Testovací deska pro elektronické obvody “.
- US Patent 3277589, podaný v roce 1964, „ Elektrická experimentální souprava “.
- US Patent 3447249, podaný v roce 1966, „ Elektronická stavebnice “. Raytheon Lectron .
- US patent 3496419, podaný v roce 1967, „deska s plošnými spoji “.
- US patent 3540135, podaný v roce 1968, „ Pomůcky pro vzdělávání “.
- US patent 3733574, podaný v roce 1971, „ miniaturní tandemové pružinové klipy “.
- US Patent D228136, podaný v roce 1971, „ Breadboard pro elektronické součástky a podobně “. Moderní prkénko.
Viz také
- Mosaz
- DIN lišta , modulární systém pro montáž a připojení složitých elektrických návrhů
- Tažná pružina
- Fahnestock klip
- Iterační design
- Optický breadboard , podobné prototypovací zařízení pro optické montážní práce
- Perfboard
- Stripboard
