面包板和原型电路

在学生或工程师的某个阶段,您可能需要对电路板进行试验,以验证其性能或用于项目。如果这是一个学生项目,那么您的面包板实际上可能是最终的系统。幸运的是,您可以使用现代无焊技术来制造足够强大的面包板,以用于大多数学生项目。

除了为项目构建电路外,面包板通常用于验证电路性能。虽然SPICE仿真是巨大的工具(见https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/circuitsimulation...),它们也有其局限性和至少临界电路(通常是模拟部分)的部分需要验证往往倍用面包板。另一方面,面包板有其自身的一些限制,因此您需要确保阅读下面的面包板注意事项部分。

面包板与原型
尽管“面包板”和“原型”这两个术语通常可以互换使用,但原型通常意味着某些类型的印刷电路板上的焊接连接,其中铜迹线用于互连。另一方面,无焊料面包板中的连接(后面会详细介绍)并非永久性的,面包板可以重复使用以制作不同的电路。

已经开发了各种用于在印刷电路板上构建硬连线原型电路的技术; 其中一些内容在教程MT-100 1和Jim Williams应用笔记AN47中进行了描述。2然而,作为一名学生,您可能会发现这种方法既费时又费力,而且无焊料面包板是一种更实用的解决方案。

面包板集成电路与无焊料面包板

现代电子电路采用自动放置的表面贴装元件制造,并将焊料回流焊至密集填充的多层印刷电路板,从而使面包板或原型制作变得困难。出于这个原因,许多工程师发现在CAD系统上实际布置电路板并为第一个原型组装少量电路板会更高效。

但是,作为学生,您可能无法访问CAD系统,印刷电路板组装室或所需财务。您甚至可能无法访问使用小型电子元件所需的烙铁台和其他工具和机器,因此您需要另一种可靠的方法来构建原型。

这是无焊面包板对于为实验或项目建立电路原型的宝贵帮助。这些都可以从Digi-Key Electronics和亚马逊等分销商那里获得。从无焊面包板的互联网搜索开始。其中有很多 - 很多价格合理。

图1显示了典型的无焊料面包板的俯视图。这些孔被设计用于在0.1英寸的中心接受标准IC引脚,图2的内部视图显示了引脚之间连接的细节,板的中心部分被分成两排,细分为多个垂直列有五个引脚连接在一起,板的顶部和底部的两个水平连接的行使得用于电源电压和接地连接的方便的总线成为可能。

图1.无焊料面包板顶视图

图2.无焊面包板内部连接的布局

标准双列直插封装(DIP)中的集成电路横跨面包板的中心区域水平放置,如图3所示。

图3.使用引脚组件和双列直插封装的有线焊接面包板。

诸如电阻器和电容器之类的组件的引线被插入到孔中。每一组五个通过下面的金属条连接的孔形成一个节点。节点是连接两个或更多组件的电路中的一个点。不同组件之间的连接通过将它们的引线插入公共节点来完成。由红色和蓝色条纹表示的顶部和底部长排孔用于电源连接。电路的其余部分是通过插入元件并用跳线将它们连接在一起而构建的。固体而不是绞合线是最适合与这样的面包板一起使用的。为方便起见,还提供配有插入式针脚的跳线。

你应该有几个简单的手工工具:

* 一对小线切割机,通常也称为斜切割机,用于切割电线和组件,从而延长其长度
* 一对小鼻子钳弯曲和塑造电线和导线
* 一对剥线钳,用于去除跳线末端的绝缘层
* 用于调整电位器等的小螺丝刀

使用IC

无焊料面包板专为DIP封装的IC而设计。虽然有些IC可以使用DIP和表面贴装封装,但许多IC仅提供表面贴装版本。这使得它们面包板几乎不可能。作为一种解决方案,表面安装部件可以安装在适配器或分线板上,它们具有DIP兼容引脚,如图4所示。

图4.面向安装设备的DIP兼容分线板。

ADI公司的ADALP2000零件套件在DIP分线板上提供了大量流行的表面贴装IC。如果预装配的分线板不可用,则必须使用空白分线板并自行焊接表面贴装元件。电子元件制造商如Aries Electronics,Inc.(搜索DIP分线板)也可提供表面安装至DIP分线板。

面包板警告:谨防寄生R,L和C

与面包板相关的引脚,插座和跳线会增加寄生电阻,电感和电容,这些寄生电阻,电感和电容可能会导致直流应用和高速电路的精度降低。由于面包板没有接地或电源层,因此必须依靠难以解耦和具有寄生阻抗的接地和电源总线。因此,在面包板中必须正确解耦每个IC的电源和接地引脚。3在没有接地层的情况下,不可能保持射频电路所需的受控阻抗。

如果您坚持使用ADALP2000配件包中的部件,那么对于带宽小于1 MHz的模拟电路,您可能不会遇到麻烦。然而,通过使用示波器探测电路中的多个点来确保没有任何振荡,除非您正在构建一个振荡器,否则通过在面包板上执行完整性检查总是一个好主意。

面包板数字电路

到目前为止,我们一直在谈论模拟电路面包板,但数字电路由于其极快的边缘速度而面临重大挑战。即使您可能以小于1 MHz的时钟速率运行数字电路,但逻辑转换边沿的上升和下降时间有可能小于1 ns。如果没有受控连接阻抗,这些快速边沿可以产生良好的GHz范围内的频率。由寄生效应引起的振铃会产生错误的触发和其他影响,使数字电路不可靠或无用。

如何开始

与任何技能一样,在实际需要使用它之前进行练习是一个好主意(也就是说,您的项目在一周内到期)。通过构建简单的电路,您可以获得一些无焊面包板的实际经验。首先在ADI公司电子I和II课程的实验室活动中构建一些模拟电路:

http://www.analog.com/en/education/courses-and-tutorials/electronics-ian...

大多数这些简单电路都可以使用ADALP2000零件套件中的零件构建。该套件包括各种晶体管,LED,电阻器,电位器,电容器,二极管,电感器和传感器。它还包括各种有用的IC,包括运算放大器,比较器和监管机构。还有一个无焊料的面包板,该套件配有各种带引脚端子的跳线。ADALP2000套件的完整零件列表可在以下网址找到:http ://www.analog.com/en/education.html

关于面包板还有很多可以说的,我们刚刚在这里介绍了基础知识。学习这项技巧的最好方法就是通过这样做并从错误中获利。祝好运并玩得开心点。

提醒和测验问题

如果您错过了上一期Analog Dialogue的第一期StudentZone,您可能需要使用此链接查看它。

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现在,这是你的下一个问题。完成后,您可以在EngineerZone的StudentZone社区上查看您的答案:

图5.测验问题:计算两种情况下的二极管电流ID:S1开路和S1闭路。可在https://www.fairchildsemi.com/datasheets/1N/1N914.pdf的1N914数据资料中找到二极管VI曲线。

真正的面包板

术语面包板起源于20世纪20年代初的真空管时代。管插入插座。然后将插座和其他大型部件拧紧或钉在用于轧制面团的木板上。这些面包板为组件提供了理想的安装平台,并催生了该技术的名称。通过在管插座上适当的引脚之间焊接导线来实现互连。由粗铜线制成的电力和地面巴士被钉上或拧到木板上。早期的面包板通常使用额外的钉子作为连接点,在这些连接点可以缠绕和焊接电线。端子板也用于互连点。

图A显示了使用原始面包板构造技术的1923年无线电。它由密歇根州Menominee的Signal Electric Manufacturing公司制造。

图A.使用木制面包板技术构建的早期无线电接收机。请注意,真空管板电压可能高达300 V dc,因此在通电后必须谨慎行事。

随着真空管变小和频率增加,铝制机箱经常被用于面包板电路。在底座上打孔用于安装管插座,接线端子允许电路的点对点接线,如图B所示。这种技术减小了电路尺寸,铝制底盘提供了低阻抗接地层,通常需要高频电路。

图B.一个3管收音机的俯视图和底视图,由铝制底盘构成,显示了用于互连点的管插座和端子条。

随着二十世纪五十年代的晶体管和二十世纪六十年代的集成电路的引入,元件尺寸的大幅缩减导致了本专栏所描述的原型电路的其他更合适的构造技术(另见MT-100和Jim 的应用笔记AN47威廉姆斯),但是面包板这个词仍然常用于描述它们。

参考

1 教程MT-100,面包板和原型技术。Analog Devices,Inc.

2吉姆威廉姆斯。应用笔记47,高速放大器技术。凌特公司,1991年8月。在2011年不合时宜之前,Jim是一位传奇的电路设计师,应用工程师,以及构建高性能模拟电路原型的专家。本应用笔记有很多Jim高速原型制造技术的例子。

3 教程MT-101,解耦技术。Analog Devices,Inc.

4马克斯罗宾逊。乐趣与管。请务必在 http://www.eeweb.com/spotlight/interview-withmax-robinson上阅读关于Max的鼓舞人心的EE Web文章。

作者:沃尔特凯斯特

Walt Kester是ADI公司的一名企业员工应用工程师。在ADI工作多年以来,他为高速ADC,DAC,SHA,运算放大器和模拟多路复用器设计,开发并提供应用支持。他撰写了许多论文和文章,为ADI全球技术研讨会系列编写了11本主要应用书籍; 主题包括运算放大器,数据转换,功率管理,传感器信号调理,混合信号电路以及实用的模拟设计技术。他的最新着作“数据转换手册”(Newnes)是一本将近1000页的数据转换综合指南。Walt拥有北卡罗来纳州立大学的电子工程学士学位和杜克大学的电子工程学硕士学位。

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