Brødbrett - Breadboard
Et brødbrett , eller protoboard, er en konstruksjonsbase for prototyping av elektronikk . Opprinnelig refererte ordet til et bokstavelig brødbrett, et polert stykke tre som ble brukt når brød ble skåret. På 1970 -tallet ble det loddefrie brødbrettet ( aka plugboard , et terminal array board) tilgjengelig, og i dag brukes uttrykket "breadboard" ofte for å referere til disse.
Fordi det loddefrie brødbrettet ikke krever lodding , er det gjenbrukbart. Dette gjør den enkel å bruke for å lage midlertidige prototyper og eksperimentere med kretsdesign. Av denne grunn er loddefrie brødbrett også populære blant studenter og innen teknologisk utdanning. Eldre brødbrettstyper hadde ikke denne egenskapen. En stripboard ( veroboard ) og lignende prototyping av trykte kretskort , som blir brukt til å bygge semi-permanent lodde prototyper eller enkelteksemplarer, kan ikke brukes på nytt. En rekke elektroniske systemer kan prototypes ved å bruke brødbrett, fra små analoge og digitale kretser til komplette sentrale prosessorenheter (CPUer).
Sammenlignet med mer permanente kretstilkoblingsmetoder har moderne brødbrett høy parasittisk kapasitans, relativt høy motstand og mindre pålitelige tilkoblinger, som er utsatt for støt og fysisk nedbrytning. Signalering er begrenset til omtrent 10 MHz, og ikke alt fungerer som det skal, selv godt under den frekvensen.
En vanlig bruk i systemet på en chip (SoC) æra er å skaffe en mikrokontroller (MCU) på et forhåndsmontert kretskort (PCB) som avslører en rekke input/output (IO) pinner i en topp som er egnet til å plugge inn i et brødbrett, og deretter til å prototype en krets som utnytter en eller flere av MCUs eksterne enheter, for eksempel input / output (GPIO), UART / USART serielle transceivere, analog-til-digital-omformer (ADC), digital- til-analog omformer (DAC), pulsbreddemodulasjon (PWM; brukt i motorstyring ), Serial Peripheral Interface (SPI) eller I²C .
Fastvare blir deretter utviklet for MCU for å teste, feilsøke og samhandle med kretsprototypen. Høyfrekvent drift er da i stor grad begrenset til SoCs PCB. Når det gjelder høyhastighetsforbindelser som SPI og I²C, kan disse feilsøkes med lavere hastighet og senere kables om med en annen kretsmonteringsmetodikk for å utnytte drift i full hastighet. En enkelt liten SoC gir ofte de fleste av disse elektriske grensesnittalternativene i en formfaktor knapt større enn et stort frimerke, tilgjengelig på det amerikanske hobbymarkedet (og andre steder) for noen få dollar, slik at ganske sofistikerte brødbrettprosjekter kan opprettes til beskjedne kostnader .
Utvikling
I radioens første dager spikret amatører bare kobbertråder eller terminalstrimler til et trebord (ofte bokstavelig talt et brett å skive brød på) og loddet elektroniske komponenter til dem. Noen ganger ble et papirskjematisk diagram først limt på brettet som en veiledning for å plassere terminaler, deretter ble komponenter og ledninger installert over symbolene på skjematikken. Det var også vanlig å bruke tommelfinger eller små spiker som festestolper.
Brødbrett har utviklet seg over tid, med begrepet nå brukt om alle typer prototype elektroniske enheter. For eksempel ble US patent 3 145 483, arkivert i 1961 og beskriver et brødbrett av treplater med monterte fjærer og andre fasiliteter. US patent 3 496 419, ble arkivert i 1967 og refererer til et bestemt kretskortoppsett som et kretskort . Begge eksemplene refererer til og beskriver andre typer brødbrett som kjent teknikk .
Brettbrettet som oftest brukes i dag er vanligvis laget av hvit plast og er et pluggbart (loddfritt) brødbrett. Den ble designet av Ronald J. Portugal i 1971.
Alternativer
.jpg)
Alternative metoder for å lage prototyper er konstruksjon fra punkt til punkt (som minner om de originale trebrødbrettene), wire wrap , lednings blyant og brett som stripboard. Kompliserte systemer, for eksempel moderne datamaskiner som består av millioner av transistorer , dioder og motstander , egner seg ikke til prototyping ved bruk av brødbrett, ettersom deres komplekse design kan være vanskelig å legge ut og feilsøke på et brødbrett.
Moderne kretsdesigner er generelt utviklet ved hjelp av et skjematisk fangst- og simuleringssystem, og testet i programvaresimulering før de første prototypekretsene bygges på et kretskort . Integrerte kretsdesigner er en mer ekstrem versjon av den samme prosessen: siden det er dyrt å produsere prototype silisium, utføres omfattende programvaresimuleringer før vi lager de første prototypene. Imidlertid brukes prototypeteknikker fortsatt for noen applikasjoner, for eksempel RF -kretser, eller der programvaremodeller av komponenter er unøyaktige eller ufullstendige.
Det er også mulig å bruke et firkantet rutenett med hullpar der ett hull per par kobles til raden og det andre kobles til kolonnen. Den samme formen kan være i en sirkel med rader og kolonner som hver spiraler motsatt med eller mot klokken.
Loddefritt brødbrett
Typiske spesifikasjoner
En moderne loddfri brettbrettkontakt (oppfunnet av Ronald J Portugal for E&L Instruments, Derby CT) består av en perforert blokk av plast med mange tinnbelagte fosforbronse eller nikkel sølv legering fjærklips under perforeringene. Klippene kalles ofte bindepunkter eller kontaktpunkter . Antall bindepunkter er ofte gitt i spesifikasjonen til brødbrettet.
Avstanden mellom klippene (blyhelling) er vanligvis 2,54 mm. Integrerte kretser (IC-er) i doble in-line-pakker (DIP-er) kan settes inn for å krysse blokkens senterlinje. Sammenkoblede ledninger og ledninger til diskrete komponenter (for eksempel kondensatorer , motstander og induktorer ) kan settes inn i de gjenværende ledige hullene for å fullføre kretsen. Der ICs ikke brukes, kan diskrete komponenter og tilkoblingskabler bruke alle hullene. Vanligvis er fjærklemmene vurdert til 1 ampere ved 5 volt og 0,333 ampere ved 15 volt (5 watt ). Kanten av brettet har svalehalehakk av hann og hunn, slik at brettene kan klippes sammen for å danne et stort brødbrett.
Buss og rekkeklemmer
Loddefrie brødbrett koble pin til pin av metallstrimler inne i brødbrettet. Oppsettet til et typisk loddefritt brødbrett består av to typer områder, kalt strips. Strimler består av sammenkoblede elektriske terminaler.
- Terminal strips
- De viktigste områdene, for å holde de fleste elektroniske komponenter.
- Midt på en terminallist på et brødbrett finner man vanligvis et hakk som går parallelt med langsiden. Hakket er å markere midtlinjen på terminallisten og gir begrenset luftstrøm (kjøling) til DIP IC -er som strekker seg over midtlinjen. Klemmene til høyre og venstre for hakket er hver sammenkoblet på en radial måte; vanligvis er fem klips (dvs. under fem hull) på rad på hver side av hakket elektrisk forbundet. De fem kolonnene til venstre i hakket er ofte merket med A, B, C, D og E, mens de til høyre er merket F, G, H, I og J. Når en "mager" dobbel in- line pin-pakke (DIP) integrert krets (for eksempel en typisk DIP-14 eller DIP-16, som har en 0,3-tommers (7,6 mm) avstand mellom tappradene) er plugget inn i et brødbrett, pinnene på den ene siden av brikken skal gå inn i kolonne E mens pinnene på den andre siden går inn i kolonne F på den andre siden av hakk. Radene er identifisert med tall fra 1 til så mange brødbrettdesignene går. De fleste av brødbrettene er designet for å romme 17, 30 eller 64 rader i henholdsvis mini, halv og full konfigurasjon.
- Busslister
- For å gi strøm til de elektroniske komponentene.
- En busslist inneholder vanligvis to kolonner: en for bakken og en for en forsyningsspenning. Noen brødbrett gir imidlertid bare en enkelt-kolonne strømfordelingsbusslist på hver langside. Vanligvis er raden beregnet for en forsyningsspenning merket med rødt, mens raden for bakken er markert med blått eller svart. Noen produsenter kobler alle terminaler i en kolonne. Andre kobler bare grupper av for eksempel 25 påfølgende terminaler i en kolonne. Sistnevnte design gir en kretsdesigner litt mer kontroll over krysstale (induktivt koblet støy) på strømforsyningsbussen. Ofte er gruppene i en busslist indikert med hull i fargemerkingen.
- Busslister løper vanligvis ned på en eller begge sider av en rekkeklemme eller mellom rekkeklemmer. På store brødbrett kan det ofte finnes flere busslister på toppen og bunnen av rekkeklemmer.
- Vær oppmerksom på at det er to forskjellige vanlige justeringer for strømbusslistene. På små brett, med omtrent 30 rader, er hullene for kraftbussen ofte justert mellom signalhullene. På større tavler, ca 63 rader, er strømbusslisthullene ofte på linje med signalhullene. Dette gjør noe tilbehør designet for den ene brettypen inkompatibelt med det andre. For eksempel bruker noen Raspberry Pi GPIO til brødbrettadaptere forskyvede strømpinner, noe som gjør at de ikke passer til brødbrett med justerte strømbussrader. Det er ingen offisielle standarder, så brukerne må være ekstra oppmerksom på kompatibiliteten mellom en bestemt modell av brødbrett og et bestemt tilbehør. Leverandører av tilbehør og brødbrett er ikke alltid klare i spesifikasjonene for hvilken justering de bruker. Å se et nærbilde av pinne-/hullarrangementet kan bidra til å bestemme kompatibilitet.
.jpg)
Noen produsenter tilbyr separate buss- og rekkeklemmer. Andre gir bare brødbrettblokker som inneholder begge i en blokk. Ofte kan brettbrettstrimler eller blokker av ett merke klippes sammen for å lage et større brødbrett.
I en mer robust variant er en eller flere brødbrettslister montert på et metallplate. Vanligvis inneholder det bakre arket også en rekke bindende innlegg . Disse innleggene gir en ren måte å koble til en ekstern strømforsyning. Denne typen brødbrett kan være litt lettere å håndtere. Flere bilder i denne artikkelen viser slike loddfrie brødbrett.
Diagram
En "full size" terminal brødbrettlist består vanligvis av rundt 56 til 65 rader med kontakter, hver rad inneholder de to nevnte settene med tilkoblede klips (A til E og F til J). Sammen med busslister på hver side utgjør dette et typisk loddefritt brødbrett på 784 til 910. Strimler av "liten størrelse" kommer vanligvis med rundt 30 rader. Miniatyrloddefrie brødbrett så små som 17 rader (ingen busslister, 170 bindepunkter) finnes, men disse er bare egnet for små og enkle design.
Hopp ledninger
Hoppetråder (også kalt jumperwires) for loddfri breadboarding kan fås i bruksklare sett for bruk eller kan produseres manuelt. Sistnevnte kan bli kjedelig arbeid for større kretser. Klar til bruk hoppetråder kommer i forskjellige kvaliteter, noen til og med med små plugger festet til trådendene. Hoppetrådsmateriale for ferdige eller hjemmelagde ledninger bør vanligvis være 22 AWG (0,33 mm 2 ) solid kobber, fortinnet tråd-forutsatt at det ikke skal festes små plugger til trådendene. Trådendene skal strippes 3- / 16 for å 5 / 16 i (4,8 til 7,9 mm). Kortere avisolerte ledninger kan føre til dårlig kontakt med brettets fjærklips (isolasjon blir fanget i fjærene). Lengre avisolerte ledninger øker sannsynligheten for kortslutning på brettet. Nåltang og pinsett er nyttig når du setter inn eller fjerner ledninger, spesielt på overfylte brett.
Forskjellige fargede ledninger og fargekodingsdisiplin blir ofte fulgt for å være konsistente. Imidlertid er antallet tilgjengelige farger vanligvis langt færre enn antallet signaltyper eller baner. Vanligvis er noen få trådfarger forbeholdt forsyningsspenningene og bakken (f.eks. Rød, blå, svart), noen er reservert for hovedsignaler, og resten brukes ganske enkelt der det er praktisk. Noen klar-til-bruk-hoppetrådssett bruker fargen til å angi lengden på ledningene, men disse settene tillater ikke et meningsfylt fargekodingsskjema.
Avanserte loddefrie brødbrett
Noen produsenter tilbyr avanserte versjoner av loddefrie brødbrett. Dette er vanligvis brødbordsmoduler av høy kvalitet montert på et flatt hylster. Hylsteret inneholder tilleggsutstyr for breadboarding, for eksempel en strømforsyning , en eller flere signalgeneratorer , serielle grensesnitt , LED -display eller LCD -moduler og logiske sonder .
Loddefrie brødbrettsmoduler kan også finnes montert på enheter som mikrokontrollerevalueringstavler . De gir en enkel måte å legge til ytterligere periferikretser til evalueringskortet.
Høye frekvenser og døde insekter
For høyfrekvent utvikling gir et metallbrett et ønskelig loddbart jordplan, ofte et uhentet stykke kretskort; integrerte kretser sitter noen ganger opp ned på brødbrettet og loddes direkte, en teknikk som noen ganger kalles " død bug " -konstruksjon på grunn av utseendet. Eksempler på død bug med grunnplankonstruksjon er illustrert i et søknadsnotat fra Linear Technologies.
Begrensninger
På grunn av forholdsvis stor parasittisk kapasitans i forhold til en riktig lagt ut PCB (ca. 2 pF mellom tilstøtende kontaktkolonner), høy induktans av enkelte forbindelser og en kontakt forholdsvis høy og ikke særlig reproduserbar motstand , loddeBrett er begrenset til drift ved forholdsvis lave frekvenser, vanligvis mindre enn 10 MHz , avhengig av kretsens natur. Den relativt høye kontaktmotstanden kan allerede være et problem for noen DC- og veldig lavfrekvente kretser. Loddefrie brødbrett er ytterligere begrenset av deres spennings- og strømverdier.
Loddefrie brødbrett har vanligvis ikke plass til overflatemonterte teknologienheter (SMD) eller komponenter med annet rutenettavstand enn 2,54 mm. Videre kan de ikke ta imot komponenter med flere rader med kontakter hvis disse kontaktene ikke samsvarer med det doble in-line- oppsettet-det er umulig å gi riktig elektrisk tilkobling. Noen ganger kan små PCB -adaptere kalt "breakout -adaptere" brukes til å passe komponenten til brettet. Slike adaptere bærer en eller flere komponenter og har 2,54 mm (0,1 tommer) avstandsstikkontakter med mellomrom i en enkelt in-line eller dual in-line layout, for innsetting i et loddeløst brødbrett. Større komponenter kobles vanligvis til en kontakt på adapteren, mens mindre komponenter (f.eks. SMD -motstander) vanligvis loddes direkte på adapteren. Adapteren kobles deretter til brødbrettet via 2,54 mm -kontaktene. Behovet for å lodde komponentene på adapteren negerer imidlertid noen av fordelene med å bruke et loddfritt brødbrett.
Svært komplekse kretser kan bli uhåndterlige på et loddfritt brødbrett på grunn av den store mengden ledninger som kreves. Det praktiske ved enkel til- og frakobling av tilkoblinger gjør det også for lett å forstyrre en tilkobling ved et uhell, og systemet blir upålitelig. Det er mulig å prototype systemer med tusenvis av tilkoblingspunkter, men stor forsiktighet må utvises ved forsiktig montering, og et slikt system blir upålitelig ettersom kontaktmotstand utvikler seg over tid. På et tidspunkt må svært komplekse systemer implementeres i en mer pålitelig samtrafikkteknologi for å ha sannsynlighet for å fungere over en brukbar tidsperiode.
Videre lesning
- Patenter
- US patent 231708, arkivert i 1880, " Electrical switch board ".
- US patent 2477653, arkivert i 1943, " Primær elektrisk opplæringstestbord ".
- US Patent 2568535, arkivert i 1945, " Board for demonstration electric circuits ".
- US patent 2885602, arkivert i 1955, " Modular circuit fabrication ".
- US patent 3062991, arkivert i 1958, " Hurtigkobling og frakobling av kretssystem ".
- US patent 2983892, arkivert i 1958, " Monteringsenhet for elektriske kretser ".
- US patent 3085177, arkivert i 1960, " Enhet for å lette konstruksjon av elektriske apparater ".
- US patent 3078596, arkivert i 1960, " Circuit assembly board ".
- US patent 3145483, arkivert i 1961, "Testkort for elektroniske kretser ".
- US patent 3277589, arkivert i 1964, " Electrical experiment kit ".
- US patent 3447249, arkivert i 1966, " Elektronisk byggesett ". Raytheon Lectron .
- US patent 3496419, arkivert i 1967, " Printed circuit breadboard ".
- US patent 3540135, arkivert i 1968, " Educational training aids ".
- US patent 3733574, arkivert i 1971, " Miniatyr tandemfjærklips ".
- US patent D228136, arkivert i 1971, " Brødbrett for elektroniske komponenter eller lignende ". Moderne brødbrett.
Se også
- Messingplate
- DIN -skinne , et modulsystem for montering og tilkobling av komplekse elektriske konstruksjoner
- Utvidelsesfjær
- Fahnestock klipp
- Iterativ design
- Optisk brødbrett , et lignende prototypeanlegg for optisk monteringsarbeid
- Perfboard
- Stripboard
