При конструировании и сборке новых электронных схем обязательно требуется их отладка. Она проводится на временной монтажной плате, позволяющей достаточно свободно расположить компоненты с целью обеспечения возможности быстрой и удобной их замены, проведения контрольно-измерительных работ.
Детали в такой плате могут крепиться при помощи пайки, а сама площадка будет называться макетной платой. Чтобы лишний раз не подвергать компоненты механическим и тепловым воздействиям, монтажниками и конструкторами используется беспаечная макетная плата. Часто радиолюбители называют это приспособление макеткой.
Беспаечная макетная плата
Устройство макетной платы такого типа простое. Ее основой является пластиковый корпус с большим количеством отверстий на верхней плоскости. В отверстиях расположены контактные разъемы для установки деталей. Разъемы допускают установку контактов и проводов диаметром до 0,7 мм, расстояние между ними – стандартное 2,54 мм, что позволяет устанавливать транзисторы и микросхемы в DIP-корпусах.
Разъемы соединены друг с другом особым образом – в вертикальные строки по 5 штук, также на многих платах есть выделенные шины питания – в них разъемы соединены на всю длину платы (по горизонтали), и обозначены синей (-) и красной (+) чертами. Физически разъемы и шины выполнены в виде металлических контактов, вставленных с обратной стороны платы, и закрытых защитной наклейкой.
Существуют беспаечные макетные платы разных размеров – от 105 до 2500 и более контактных точек. Для удобства на плате может быть нанесена координатная сетка. Многие платы устроены по типу конструктора – несколько штук могут собираться в одну большую плату, что позволяет прототипировать конструкции модулями.
Дополнительные инструменты
Чего нет в наборе, но понадобится или может понадобится:
1. Пинцет. Мы взяли маникюрный. 2. Батарейка «Крона» на 9В 3. Крестообразная отвертка — в одной из схем есть клемма. Затянуть в ней провода получится часовой крестообразной отверткой. 4. Приспособление для пайки «третья рука» — вот уж без чего можно обойтись, хотя в инструкции и брошюре она постоянно упоминается. Конечно, с нею было бы удобнее, но если просто собрать все детали на плате, а затем её перевернуть, то обе входящих в набор платы будут относительно устойчивы и паять будет в принципе удобно и без дополнительных приспособлений. 5. Лупа 6. Оловоотсос 7. Очки и респиратор 8. Подставка для паяльника 9. Вентилятор\вытяжка
Из всего этого списка совсем туго придётся только без первых двух пунктов. Подставкой для паяльника у нас в этот раз стал робот из предыдущего поста. Остальное для монтажа двух маленьких плат было бы действительно лишним.
Зато нелишним будет напомнить, что при пайке выделяются пары олова, которые не слишком полезны для здоровья. Собственно пайка двух входящих в комплект схем заняла у меня не более 10 минут и мне не поплохело. Однако небольшой вентилятор, отгоняющий дым в сторону, или хотя бы открытое окно — это стандартная и очень хорошая практика. Кроме того, после пайки нужно вымыть руки. Глаза тоже нужно беречь — отлететь может откушенная кусачками ножка детали или в процессе пайки может отлететь капелька горячего олова (хотя у нас не отлетало). Поэтому надевайте защитные очки. Берегите себя!
Печатные макетные платы
Такие платы устроены аналогично печатным, но за единственным отличием: в макетной плате выполнена или сетка из отверстий с расстоянием 2,54 мм (с контактными площадками или без них), или стандартный рисунок (например, под макетирование устройств на микросхемах), или то и другое сразу. Причем бывают платы односторонние и двухсторонние.
Одноразовые монтажные платы
Монтажная плата — универсальная печатная плата для сборки и моделирования прототипов электронных устройств. Бывают односторонними и двухсторонними разных размеров. Отверстия очень удобно подобраны по размерам выводов микросхем, а также других радиоэлементов. Поэтому очень удобно на таких макетных платах собирать и проверять радиоэлектронное устройство.
Обратная сторона таких макетных плат уже с готовыми устройствами будет выглядеть приблизительно вот так:
В чем же минусы монтажных плат? Лучше все-таки их использовать единожды, так как при многоразовом использовании у них могут отлетать пятачки, что приведет к их непригодности.
Беспаечные макетные платы (breadboard)
Видов беспаечных 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.
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 макетных 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.
На рисунке ниже показан светодиод, установленный на беспаечную макетную плату. Обратите внимание, что две ноги светодиода установлены на изолированных параллельных рельсах. В результате не будет замыкания контактов.
Теперь рассмотрим макетные платы бóльших 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 о 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 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 макетной платы. 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.
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”.
Когда вы разрабатываете электрическую схему, необязательно ограничиваться одной макеткой. На многих монтажных платах предусмотрены специальные пазы и выступы по бокам. С помощью этих слотов, вы можете соединить несколько breadboard’ов и сформировать необходимое для вас рабочее пространство. На рисунке ниже показаны четыре беспаечных макетных платы, соединенных вместе.
На некоторых монтажных беспаечных платах предусмотрена самоклеющаяся основа на задней части. Очень полезная особенность, 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 (например, макетка на 830 контактов).
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.
Печатная и беспаечная макетная плата: как пользоваться?
Монтаж на макетной плате без пайки сводится к установке деталей в разъемы и их соединение перемычками (специальными или самодельными). При этом следует помнить, что разъемы в строках соединены и ошибка может привести к короткому замыканию.
Как пользоваться макетной платой для пайки объяснять не нужно: достаточно вставить детали в отверстия, и пайкой соединить их друг с другом и с перемычками. Но следует выполнять пайку аккуратно, так как при частом перегреве контактные площадки и дорожки отслаиваются от платы.
↑ Без единого гвоздя
1. Берётся подходящий по размерам кусок гетинакса или текстолита.
Естественно, нефольгированного. В противом случае можно было бы сделать намного быстрее. И получилось бы красивее, но в долговечности такого изделия сильно сомневаюсь. Фольга имеет дурную привычку отслаиваться от основы при нагревании. Размеры определяются «требованиями заказчика» и имеющимися в наличии кусками материала. Когда-то у меня был «монстр» примерно 20×40 см. Жаль потерял. Это сейчас маленькие делал. На большие масштабы пока не замахиваюсь. Спаять блок на паре-тройке транзисторов можно. Или даже что-нибудь звуковое на микросхеме, благо у них сейчас выводов не так много, да и обвески тоже.
2. Шилом, ножом, или ещё каким подходящим инструментом на поверхности материала «процарапывается» разметка под будущие контактные площадки. Указанные на рисунке размеры срисовал со своего изделия. Если кому нужно — могут сделать другие.
3. По разметке, на месте будущих контактных площадок сверлятся отверстия диаметром 2 — 3 мм (для площадок шириной 5 мм, как в моём случае).
4. А потом отверстиям на плате придаётся вот такая форма.
Для этой цели мне пришлось изготовить инструмент из обломка ножовочного полотна по металлу. Обломок был обточен на наждаке примерно так.
Вместо такого самопального «лобзика» вполне можно воспользоваться треугольным надфилем. Форма отверстий будет малость не такая, но свою задачу (препятствовать вращению лепестков) они выполнят так же. Только не было надфилей под рукой в то время. Да и сверло нашлось только на 1,5 мм. Поэтому получились абсолютно ровные сквозные пазы.
6 А потом из подходящей жести вырезаются полосы шириной 5 мм. В моём случае это была знаменитая жесть от банок из под сгущёнки.
7. Полосы режутся на куски длиной примерно 24 мм (для площадок 8×5 мм.). Заготовки сгибаются примерно так:
Полученные изделия вставляются в вышеописанные отверстия:
И фиксируются.
В результате получается что-то вот такое.
Теперь можно спокойно паять свою конструкцию (если она не превышает размеры платы или не собирается на сверхминиатюрных компонентах). Замерять и гонять режимы, вносить в схему изменения. А когда заработает как надо — разрабатывать печатку, корпус и т. д.
Из-за торчащих с обратной стороны платы жестянок работать нужно, естесственно на диэлектрической поверхности. Ну и не допускать попадания под плату металла. В этом смысле доска с жестянками выгодно отличается, если гвозди не слишком длинные: smile: Для большей гарантии можно прикрепить к плате снизу кусок текстолита (гетинакса) такого же размера. Или ножки приспособить как на картинке из «ЮТ», если плата достаточно большая.
Согласен, что всё можно сделать слегка проще. Например «конструкцию» контактных площадок. (Сам когда-то делал вариант где жестяная заготовка просто сгибалась пополам.) Да и саму плату можно делать хоть из картона, если что-то новое делается не так уж часто и нет риска перегреть его во время работы. В нём и пазы под площадки режутся куда легче. (Когда-то и его использовал, правда для несколько других целей.)
А можно и вообще не делать. Но, возможно пригодится кому-нибудь. Мало ли.
И в завершении — фото платы «в деле». То есть во время проверки блока для очередного изделия.
Дело было вдали от цивилизации, нормальных приборов инструментов и радиодеталей.
Так что сильно не удивляйтесь «музейным экспонатам» из которых всё собрано. Делалось всё только для подбора катушки, так что тип остальных элементов роли не играл. К тому же, поблизости у знакомых водился осциллограф, позволяющий контролировать сигнал на радиочастотах, который для меня до сих пор остаётся в планах и мечтах. Стоящий на заднем плане приёмник в данном случае выполняет роль частотомера.
На данный момент сделано две такие платы. Надеюсь, что пригодятся для подготовки следующих статей.
Какую макетную плату выбрать?
Наиболее проста в применении беспаечная плата, поэтому она сегодня очень популярна, и о том, как работать с макетной платой без пайки, знают даже начинающие радиолюбители. Кроме того, платы долговечны и очень надежны. Печатные монтажные платы более сложны в работе, так как требуют пайки, однако они имеют важное преимущество: на ней можно макетировать окончательный вариант монтажа на постоянной печатной плате.
Поэтому не лишним будет иметь оба типа макетных плат и использовать их в зависимости от ситуации. Ах да а макетные платы купить можно здесь.
С н/п Владимир Васильев
P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!
Питание
Для начала, всё что нам понадобится — это докупленная отдельно батарейка «Крона». В наборе есть разъем под неё, который, по инструкции, надо впаять в первую схему. Мой совет: не делайте этого, оставьте её так и используйте в обеих схемах — и для тестирования первой, и для настройки второй.
Устройства, которые мы соберём, потребляют какое-то безумное количество мА\час.
Если речь идёт об электрической цепи, то наши ресурсы и то, как мы их быстро потратим, измеряются в А\ч (Ампер в час, mAh). Ёмкость типичной «Кроны» (по паспорту):
625 мА·ч ≈ 0,5 А·ч
Первое устройство, «Хамелеон», потребляет до 200 мА·ч. Поэтому нашей Кроны этой схеме хватит на:
625мАч/200мА = 3,125 часа.
а значит использовать её рекомендуется только для проверки работы схемы. Хорошим выходом будет аккумулятор на 12 вольт и ёмкостью не менее 0,5 А·ч.
мА·ч — это то, как быстро сядет батарейка! =)
Было бы круто иметь возможность припаять на платы один из таких разъёмов, и затем включить в него вот такой лабораторный блок питания. Но ни под один из доступных разъёмов на плате нет подходящих отверстий. Следовательно, подключить блок питания мы пока не можем.
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.
Назначение
Хочется, чтобы на макетке можно было запустить любой реальный микроконтроллер — тот, который потом будет использоваться в реальном устройстве (без миграции на другой «камень», сопряжённой с дополнительными мутными шагами, и чреватой глюками). Я ведь ещё новичок в микроэлектронике: у меня ещё мало опыта проектирования, чтобы учитывать все нюансы и легко представлять переносимую программу (а сейчас, я программирую на ассемблере — это ужесточает условия разработки, и очень усложняет миграцию прошивки на другой МК!)
— поэтому нужно, чтобы всё работало и отлаживалось сразу «конкретно и прозрачно».
В мировой практике, часто рекомендуют: разводить микроконтроллер со всей обвязкой — прямо на контактной макетной плате (breadboard) — тут и любую периферию удобно подключать… спрашивается, что ещё нужно? А вот, это первый метод, с которого я вообще начал эксперименты с микроконтроллерами — но из-за плохих контактов, у меня совсем не заработала, ни одна схема! Или работала только первые полтора запуска. Программатор жутко глючил: микроконтроллеры не прошивались вовсе, или прошивались с глюками, верификация фейлилась — так я быстро запорол все свои камни (у них, при n-ой неудачной прошивке, почему-то сбивались «fuses», хотя я их даже не трогал, и микроконтроллер больше не запускался). «Камни» удалось оживить «высоковольтным программированием» (здесь, мне очень помогли: запасной программатор в «STK500», и курение мануалов). Но камни «умирали» на макетке повторно, очень скоро…
DI HALT также писал, что не использует «контактные макетки» для прототипиирования, по сходным причинам «плохих контактов», а использует только «макетные платы, которые паяются». Это, пожалуй, единственно верное решение, в данном случае: поскольку на больших частотах (порядка мегагерцов), на которых работают микроконтроллеры и передаёт сигналы программатор, — совершенно необходимы чёткий низкоомный контакт, а также линии связи с низкой ёмкостью!
Итак, по крайней мере, самую критичную часть платы (микроконтроллер с обвязкой и подключением программатора) необходимо сделать на паянных контактах
— чтобы программирование и отладка работали без глюков, чтобы «сердце схемы» работало. А периферию уже можно развести-растыкать и на временной «макетке с дырочками», и подключать проводами к основной паянной макетке с микроконтроллером — это решение достаточной надёжности и хорошей гибкости…
