5 consigli per un breadboard di successo: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Mi chiamo Jeremy e frequento il terzo anno alla Kettering University. Come studente di Ingegneria Elettrica, ho avuto l'opportunità di trascorrere molte ore in laboratorio costruendo piccoli circuiti su breadboard. Se hai esperienza con la realizzazione di piccoli circuiti e progetti di elettronica fai-da-te, potresti non trovare molto vantaggioso qui. Lo scopo di questa istruzione è quello di coprire le basi dell'utilizzo di una breadboard, l'introduzione ai componenti comuni e la costruzione di piccoli circuiti. Inoltre, discuterò brevemente come organizzare il circuito, nonché alcune strategie di risoluzione dei problemi per quelle occasioni in cui le cose vanno male.

Si presume che l'individuo che legge questo abbia una certa familiarità con le basi dell'elettronica e della terminologia: flusso di corrente, tensione, polarità, conduttanza, cortocircuito, circuito aperto, giunzione e polarizzazione. Inoltre, si presume che il lettore abbia familiarità con gli alimentatori a commutazione utilizzati nell'ambiente di laboratorio.

Sto scrivendo questo perché mi piace costruire piccoli circuiti nei laboratori e ho osservato alcuni problemi ed errori comuni lungo la strada. La mia speranza è che questo aiuti qualcuno che sta appena intraprendendo il suo viaggio alla scoperta dell'elettronica per trovare qualcosa di utile che gli salvi alcuni dei mal di testa che ho incontrato lungo la strada e che apra la porta alle gioie della costruzione di piccoli circuiti!

Passaggio 1: il tagliere

Cos'è una breadboard?:

Uno strumento popolare per la prototipazione e il test dei circuiti, che consente all'utente di collegare e sostituire rapidamente i componenti e realizzare giunzioni con facilità. L'utilizzo di una breadboard consente un rapido assemblaggio e modifica dei circuiti senza requisiti di saldatura.

La configurazione:

Morsettiere: eseguire orizzontalmente, con numeri di riga incrementati di cinque e lettere di colonna in gruppi di cinque. Riga 1, colonne A-E costituiscono un punto di contatto continuo - o giunzione, e riga 1, colonne F-J ne costituiscono un altro

Strisce di autobus: corrono verticalmente a coppie lungo la lunghezza di ciascun lato e sono etichettate con "+" o "-". L'intera striscia + è una giunzione continua e la striscia - è una giunzione continua, che consente di collegare molti componenti a una fonte di alimentazione

Trough / Groove: Esegue la lunghezza della breadboard verticalmente tra le strisce terminali. Le file sono discontinue in questo solco, consentendo l'uso di circuiti integrati (IC)

I taglieri possono essere acquistati in una varietà di dimensioni e stili, ma la descrizione della configurazione di cui sopra rimane la stessa sia che si disponga della mezza tagliere o di un modello più grande con terminali di alimentazione e schede multiple montate su una piastra metallica.

Per avere successo nella realizzazione dei tuoi circuiti, è fondamentale avere una solida conoscenza del layout dei punti di contatto nella breadboard. Se utilizzata correttamente, la breadboard è un ottimo strumento per costruire circuiti e apportare modifiche al volo!

Passaggio 2: conosci i tuoi componenti

All'interno della progettazione di circuiti elettronici, si incontrerà una varietà di componenti. Anche se questo non vuole essere un elenco esaustivo, evidenzierò alcuni dei componenti più comuni, il loro scopo e alcuni avvertimenti per la manipolazione. Molti mal di testa possono essere salvati maneggiando e utilizzando i componenti in modo corretto. Se hai appena iniziato con l'elettronica, puoi trovare molti kit di componenti per darti le basi per meno di $ 20.

Resistore: (misurato in Ohm) resiste al flusso di corrente all'interno di un circuito. A seconda del posizionamento all'interno di un circuito può essere utilizzato per dividere la tensione o la corrente. I resistori hanno bande colorate su di essi che indicano il loro valore di resistenza in ohm e la loro tolleranza. Una tabella è utile per determinare i valori di resistenza. Un resistore può essere posizionato in entrambe le direzioni all'interno di un circuito e funzionerà allo stesso modo (non ha polarità).

Fotoresistenza: resiste al flusso di corrente. Il valore della resistenza varia in base alla luce ambientale. Può essere utilizzato in applicazioni di regolazione della luminosità o durante l'accensione di un circuito in condizioni di scarsa illuminazione.

Condensatore: (misurato in Farad) Un condensatore immagazzina energia che può poi essere dissipata in un circuito in un secondo momento. Agisce come un blocco alla corrente continua, ma consente il passaggio della corrente alternata. I condensatori hanno un'ampia gamma di applicazioni, dalla filtrazione in frequenza al livellamento delle ondulazioni in un circuito raddrizzatore. È importante notare che mentre i condensatori a disco ceramico non sono componenti polari, è necessario prestare attenzione con i condensatori elettrolitici, poiché hanno un cavo designato per il collegamento ai terminali positivo e negativo e possono essere danneggiati se posizionati al contrario.

Transistor: un transistor è un semiconduttore che regola il flusso di corrente, amplifica i segnali o funge da interruttore. Esistono molti tipi diversi di transistor, ma la considerazione più importante nella progettazione iniziale del circuito (supponendo che si disponga del transistor corretto per l'applicazione) è che occorre prestare attenzione per evitare shock statici su questi componenti.

Diodo: un diodo è un semiconduttore che funge da valvola di ritegno unidirezionale per il flusso di corrente. Quando polarizzato in avanti, la corrente entra nell'anodo (+ piombo) ed esce dal catodo (- piombo). Quando polarizzato inversamente, tuttavia, agisce come un interruttore aperto e nessuna corrente scorre attraverso il componente. È necessario prendere in considerazione l'orientamento, poiché posizionare un diodo all'indietro provocherà un comportamento indesiderato del circuito o un diodo bruciato.

Diodo a emissione di luce (L. E. D): un diodo speciale che emette luce quando è in conduzione. Utilizzato in molte piccole applicazioni in cui sono necessari indicatori. I vantaggi includono un consumo energetico estremamente basso e una durata estremamente lunga.

Circuito Integrato: L'ultimo componente che presenterò è il circuito integrato (IC). Ci sono troppe varianti da elencare qui, ma alcune sono l'amplificatore operazionale, i timer, i regolatori di tensione e gli array logici. I circuiti integrati forniscono un intero circuito all'interno di un piccolo chip e possono contenere resistori, diodi, condensatori e transistor tutti all'interno di un chip più piccolo di un centesimo. Esiste una convenzione di numerazione per i pin su un chip IC, c'è un rientro o un punto sulla superficie del chip, e questo corrisponde al pin n. 1, i pin vengono quindi numerati in sequenza lungo il lato e il backup l'altro.

ATTENZIONE! I circuiti integrati possono essere distrutti da shock statici.

Insieme ai componenti di cui sopra, ci sono induttanze, relè, interruttori, potenziometri, resistori variabili, display a sette segmenti, fusibili, trasformatori… hai capito! Una rapida ricerca online fornirà molte informazioni utili (ad esempio: panoramiche dei componenti, cosa fa un transistor?, tipi di condensatori)

Conoscere le informazioni di base sui componenti che stai utilizzando, se sono o meno sensibili all'elettricità statica e se hanno o meno polarità sarà di grande beneficio. Non solo risparmierai tempo, denaro e mal di testa; ma è più probabile che il circuito funzioni come desiderato molto più rapidamente!

Passaggio 3: l'organizzazione è essenziale

Organizzazione - Perché è importante?:

I circuiti di cui sopra (lato destro) sono gli stessi funzionalmente, ma con un aspetto notevolmente diverso. Sebbene il primo utilizzi meno cablaggio, non è il metodo preferito per la costruzione di piccoli circuiti. C'è molto spazio su una breadboard per piccoli circuiti; non abbiate paura di utilizzare questo spazio!

Sebbene la scelta di cosa utilizzare per i lead sia personale, un paio di cose possono semplificare notevolmente la vita. Molte persone utilizzeranno il filo di rame e creeranno i propri cavi, ma la mia preferenza sono i ponticelli per breadboard che possono essere acquistati online a buon mercato. I ponticelli sono costituiti da trefoli di filo rispetto al filo di rame rigido e hanno un perno all'estremità per un facile utilizzo. Il vantaggio con i trefoli è che il cablaggio è molto più flessibile, quindi è meno probabile che si interrompa una connessione e c'è una maggiore flessibilità nell'instradamento. Un'ultima nota sul cablaggio, è molto utile "codificare a colori" il cablaggio in un modo che sia facile da tracciare (figura a sinistra sopra). Ad esempio, mi piace mantenere il mio cablaggio rosso e nero per le mie tensioni positive e negative (rispettivamente), uso spesso il grigio o l'arancione per la mia terra comune, il blu per il segnale di ingresso e il bianco o il giallo per le giunzioni interne. Se disponi di diverse fonti di alimentazione, oltre a ingressi da un generatore di segnale, è utile creare tag per i cavi ed etichettarli per garantire una connessione corretta in seguito.

Quando si tratta di seguire un diagramma schematico, le cose sono molto più semplici se disponi i tuoi componenti sulla scheda il più vicino possibile al layout nello schema. In questo modo, puoi vedere i valori dei tuoi componenti a colpo d'occhio, oltre a rendere più facile tracciare i percorsi del segnale / risolvere i guasti. I laboratori nella maggior parte delle scuole ti istruiranno spesso a prendere una misura di tensione o corrente in un punto specifico del circuito; in questi casi avere il tuo circuito che riflette fisicamente lo schema è un ENORME aiuto! Infine, quando si entra in circuiti più complessi e avanzati, è importante tenere i componenti più sensibili (come i circuiti integrati) lontani da induttori, relè e altri componenti dove potrebbero essere danneggiati dai campi magnetici.

Se il circuito che stai costruendo ha uno (o più) circuiti integrati, il numero di componenti e cavi necessari per costruire il circuito può diventare piuttosto disordinato in fretta. Per aiutare a ridurre il disordine e rendere le cose più facili per te stesso, è spesso utile posizionare il circuito integrato lontano da tutto il resto sulla scheda e posizionare gli altri componenti con i cavi ai pin IC. in questo modo è molto più facile decifrare le cose in seguito. Se il circuito deve essere costruito in forma permanente in un secondo momento, puoi consolidare tutto per adattarlo a uno spazio più piccolo.

Passaggio 4: risoluzione dei problemi di base

Va tutto bene - finché non lo è!

Quindi hai fatto i compiti, comprendi i tuoi componenti e il circuito è costruito esattamente come mostrano le istruzioni. Capovolgi l'interruttore di alimentazione… e… NIENTE! Non è raro costruire un piccolo circuito e poi scoprire che qualcosa non va. Tutto questo fa parte del processo di apprendimento. Sapere da dove iniziare con la risoluzione dei problemi può ridurre il fastidio e l'irritazione dei problemi.

Fonte di alimentazione: in genere è meglio iniziare la risoluzione dei problemi assicurandosi che l'alimentazione arrivi al circuito. Se il circuito funziona con una batteria, utilizzare un multimetro per controllare la tensione e assicurarsi che sia sufficiente "succo" per alimentare il circuito. Se si utilizza un alimentatore, ci sono molti fattori da considerare:

Modalità di alimentazione: molti alimentatori hanno la capacità di fornire corrente costante (cc) o tensione costante (cv). È importante assicurarsi che sia selezionata l'impostazione corretta per il corretto funzionamento. La maggior parte dei piccoli progetti sarà collegata a un alimentatore in modalità a tensione costante

Tensione di terra/negativa: se il tuo progetto è alimentato da una batteria, è improbabile che questo sia un problema. Quando si utilizza un alimentatore, spesso i circuiti avranno una tensione negativa applicata (come ad un amplificatore operazionale) oltre ad avere una massa comune. È importante comprendere la distinzione qui e NON considerare la tensione negativa e la massa comune come intercambiabili

Impostazioni dell'alimentatore: se viene applicata una tensione negativa, assicurati di sapere come regolare le impostazioni dell'alimentatore. Questo varierà tra i produttori, ma normalmente sarà ottenuto tramite gli interruttori di selezione sulla parte anteriore dell'unità. La prima volta che ho usato un alimentatore per fornire -12 volt a un amplificatore operazionale, non sono riuscito a controllare che le impostazioni per la tensione fossero state regolate sia per l'alimentazione + che per quella -. Di conseguenza, ho passato più di un'ora a ricostruire / ricontrollare il mio circuito

Configurazione del circuito

Esegui un confronto tra lo schema e il circuito, se hai costruito il tuo circuito per rispecchiare lo schema nel layout, questo passaggio è molto più semplice.

Verificare l'orientamento dei componenti polari (diodi, condensatori, transistor)

Assicurarsi che i cavi dei componenti non si tocchino creando condizioni di cortocircuito

Verificare le morsettiere, assicurarsi che tutti i cavi e i cavi dei componenti siano saldamente inseriti nel punto di contatto e che tutti i componenti che dovrebbero formare una giunzione lo facciano effettivamente. È facile passare accidentalmente a un'altra morsettiera quando le cose si ingombrano. Questo crea un'interruzione (o circuito aperto)

Se tutto sembra a posto con alimentazione, orientamento dei componenti e cablaggio, inizia a sospettare un componente difettoso. Se il circuito contiene un circuito integrato, a volte basta sostituirlo per risolvere il problema. Inoltre, se ti trovi in un ambiente di laboratorio e stai riciclando componenti, potresti scoprire di avere un condensatore, un diodo o un transistor difettoso che un gruppo ha precedentemente cablato in modo errato e distrutto

I passaggi precedenti dovrebbero risolvere molti dei problemi riscontrati nella costruzione di circuiti di base, ma se tutto sembra a posto e non funziona ancora, potrebbe essere il momento di scomporre tutto, ricontrollare tutti i valori dei resistori e controllare tutti i componenti che sono essere testato con le attrezzature disponibili. La maggior parte dei diagrammi schematici, in particolare quelli utilizzati per i laboratori nell'ambiente accademico, sono stati realizzati e testati più volte, quindi è molto improbabile che il problema risieda nella progettazione schematica. Se, tuttavia, stai prototipando il tuo circuito e non sei in grado di risolvere i problemi attraverso la risoluzione dei problemi, potrebbe essere più vantaggioso tornare al tavolo da disegno e analizzare il modello del circuito per individuare eventuali difetti.

Passaggio 5: non arrenderti

È molto facile sentirsi frustrati quando si costruiscono piccoli circuiti. Ci sono letteralmente innumerevoli varianti di come le cose possono potenzialmente andare storte. Alcuni problemi sono molto più difficili da risolvere rispetto ad altri. Sebbene sia più facile a dirsi che a farsi, non lasciare che la frustrazione si annebbi il giudizio. Fai un passo indietro, rilassati e valuta la situazione da una prospettiva logica. Sono quasi uscito dai laboratori in più occasioni a causa della frustrazione, solo per scoprire che un cavo era scollegato da qualche parte o che un'uscita del segnale non era stata attivata. Il più delle volte, il problema in un circuito è solo un piccolo dettaglio. L'adozione di misure logiche e metodiche per valutare il circuito e identificare il problema generalmente porta a una risoluzione. Ci sono così tante sfaccettature dell'elettronica da esplorare, non lasciare che contrattempi o fallimenti ti permettano di rinunciare a questa gratificante impresa!