Давайте рассмотрим устройство и назначение беспаечных макетных плат. В чем их преимущество перед другими видами сборки, и как с ними работать, а также какие схемы можно быстро собрать на них новичку.
Предыстория
Первой проблемой с которой сталкивается радиолюбитель это даже не отсутствие теоретических знаний, а отсутствия средств и знаний о способах монтажа электронных устройств. Если вы не знаете как работает та или иная деталь, это не помешает вам подключить её по схеме электрической принципиальной, а вот чтобы наглядно и качественно собрать схема нужна печатная плата. Чаще всего их изготавливают по методу ЛУТ, но лазерный принтер есть не у всех. Наши отцы и деды рисовали платы вручную лаком для ногтей или краской, а потом их вытравливали.
Здесь новичка настигает вторая проблема — отсутствие реактивов для травления. Да, безусловно, хлорное железо продается в каждом магазине радиоэлектронных компонентов, но на первых порах и так нужно много всего приобрести и изучить, что уделить внимания технологии травления плат из фольгированного текстолита или гетинакса просто сложно. Да и не только новичкам, но и опытным радиолюбителям порой нет смысла травить плату и тратить средства на недоработанное изделие на этапах его наладки.
Чтобы избежать проблем с поиском хлорного железа, текстолита, принтера и не получить от жены (мамы) за несанкционированное использование утюга, можно практиковаться в монтаже электронных устройств на беспаечных макетных платах.
Что такое беспаечная макетная плата?
Как видно из названия это такая плата, на которой можно собрать макет устройства без использования паяльника. Макетка - так её называют в народе - в магазинах присутствует разных размеров и модели несколько отличаются по компоновке, но принцип действия и внутреннее их устройство одинаковы.
Макетная плата состоит из корпуса из ABS пластика, в котором расположены разъёмные соединения, которые напоминают сдвоенные металлические шины между которыми зажимается проводник. На лицевой части корпуса отверстия, пронумерованные и промаркированные, в них можно вставлять провода, ножки микросхема, транзисторов и других радиодеталей в корпусах с выводами. Взгляните на картинку ниже, на ней я всё это изобразил.
На рассмотренной печатной плате крайние два столбца отверстий с каждой из сторон объединили вертикально общими шинами, из которых обычно формируют шину плюсового контакта источника питания и минусовую (общую шину). Обычно обозначаются красной и синей полосой по краю платы плюс и минус соответственно.
Средняя часть платы разделена на две части, каждая из частей объедены по строчно по пять отверстий в ряд на данной конкретной плате. На рисунке изображено схематическое соединение отверстий (черными сплошными линиями).
Внутренняя структура платы изображена на рисунке ниже. Сдвоенные шины зажимают проводники, что и проиллюстрированно. Жирными линиями обозначены внутренние соединения.
Такие платы в англоязычной среде называются Breadboard именно по такому названию вы сможете найти её на aliexpress и подобных интернет магазинах.
Как с ней работать?
Просто в отверстия вставляете ножки электронных компонентов, соединяя между собой детали по горизонтальным линиям, а с крайних вертикальных подаёте питание. Если нужна перемычка часто используют специальные с тонкими штекерами на конца, в магазинах их можно встретить под название «перемычки dupont» или перемычки для ардуино, её кстати тоже можно вставить в такую макетку и собирать свои проекты.
Если вам не хватило размеров одной макетной платы вы можете совместить несколько, он словно пазлы вставляются друг в друга, обратите внимание на первой картинке в статье схема собрана на двух соединенных платах. На одной из них есть шип, а на другой выемка, скошенные от наружной части к корпусу платы, чтобы конструкция не развалилась.
Сборка простых схем на макетной плате
Начинающему радиолюбителю важно быстро собрать схему чтобы убедиться в работоспособности и понять как она работает. Давайте рассмотрим как выглядят разные схемы на макетной плате.
Схема симметричного мультивибратора советуется как первая многим новичкам, она позволяет научиться соединять детали последовательно и параллельно, а также определять цоколевку транзисторов. Её можно собрать навесным монтажом или развести печатную плату, но это требует пайки, а навесной монтаж несмотря на свою простоту, на самом деле очень сложен для начинающих и чреват замыканиями или плохим контактом.
Посмотрите как просто она выглядит на беспаечной макетной плате.
Кстати обратите внимание здесь не использовались перемычки Dupont. Вообще, их не всегда можно найти в радиомагазинах, а особенно в магазинах маленьких городов. Вместо них можно использовать жилы от интернет-кабеля (Витая пара) они в изоляции, а жила не покрыта лаком, что позволяет быстро оголить конец кабеля, сняв небольшой слой изоляции и вставить в разъём на плате.
Соединять вы можете детали как угодно, лишь бы обеспечить нужную цепь, вот та же схема, но собрана слегка иначе.
Кстати для описания соединений вы можете пользоваться маркировкой платы, столбцы обозначают буквами, а строки цифрами.
Для ваших конструкций встречаются такие блоки питания, на них есть штекера которые монтируются в беспаечную плату подключаясь к шинам «+» и «-». Это удобно, на нём есть выключатель и линейный малошумящий стабилизатор напряжения. В целом вам не составит труда развести такую плату самому и собрать её.
Вот так , например для его проверки. На картинке изображена более “продвинутая” версия печатной платы с зажимными клеммами для подключения источника питания. Анод светодиода подключен к плюсу питания (красная шина) а катод на горизонтальную шину рабочей области, где и соединен с токоограничительным резистором.
Источник питания на линейном стабилизаторе типа L7805, или любой другой микросхеме серии L78xx, где хх - нужное вам напряжение.
Собранная схема пищалки на логике. Правильное название такой схемы - Генератор импульсов на логических элементах типа 2и-не. Сначала ознакомьтесь со схемой электрической принципиальной.
В качестве логической микросхемы подойдет отечественная К155ЛА3, либо иностранная типа 74HC00. Элементы R и C задают рабочую частоту. Вот её реализация на плате без пайки.
Справа заклееный белой бумажкой - буззер. Его можно заменить светодиодом, если уменьшить частоту.
Чем больше Сопротивление ИЛИ ёмкость - тем меньше частота.
А вот так выглядит типовой проект Ардуинщика на стадии тестирования и разработки (а иногда и в конечном виде, зависит от того насколько он ленив).
Собственно в последнее время популярность “бредбордов” существенно возросла. Они позволяют быстро собирать схемы и проверять их работоспособность, а также использовать в качестве разъёма при перепрошивке микросхем в DIP корпусе, и в других корпусах, если есть переходник.
Ограничения беспаечной макетной платы
Несмотря на свою простоту и очевидные преимущества перед пайкой, беспаечные макетки имеют и ряд недостатков. Дело в том что не все цепи нормально работают в такой конструкции, давайте рассмотрим подробнее.
На беспаечных макетных платах не рекомендуется собирать мощные преобразователи, а особенно импульсные схемы. Первые не будут нормально работать по причине токовой пропускной способности контактных дорожек. Не стоит залазить за токи более 1-2 Ампер, хотя в интернете встречаются и сообщения о том что включают и 5 Ампер, делайте сами выводы и экспериментируйте.
Электробезопасность
Не стоит забывать и о том, что высокое напряжение опасно для жизни. Макетирование устройств работающих, например от 220 В ЗАПРЕЩЕНО категорически. Хоть и выводы закрыты пластиковой панелью, но куча проводников и перемычек могут привести к случайному замыканию или поражению электрическим током!
Заключение
Беспаечная макетная плата годится для простых схем, аналоговых схем которые не предъявляют высоких требованиям к электрическим соединениям и точности, автоматики и цифровых схем, которые не работают на высоких скоростях (ГигаГерцы и десятки МегаГерц - это уже слишком). При этом высокое напряжение и токи опасны и в таких целях лучше использовать навесной монтаж и печатные платы, при этом новичку не следует производить и навесного монтажа таких цепей. Стихия беспаечных макетных плат — простейшие схемы до десятка элементов и любительские проекты на Ардуино и других микроконтроллерах.
Макетные платы можно собрать для любого устройства. Они пользуются популярностью у начинающих электронщиков и опытных мастеров. Их собирают с пайкой и без пайки. Первые прочны и могут применяться как основная плата, а вторые более удобны в сборке за счет исключения паяльных работ.
Чтобы начать производство любого изделия необходимо сделать его макет, а потом, оценив работоспособность продукта и другие его параметры, приступить к выпуску серии. В этом случае вы экономите деньги и время. Но прототипы делают не только на производстве, они также широко применяются в электронике и, в первую очередь, это связано с выпуском макетных плат.
Допустим, вы собираетесь изготовить новое электронное устройство. Раньше прототип макетной платы имел вид прямоугольника из картона, в котором проделывались отверстия и туда вставлялись радиоэлементы, соединяющиеся между собой, и затем проверялась ее работа. Если функционирование устройства происходило нормально, то начиналось производство основной платы с использованием соответствующих материалов. Сейчас задача несколько упрощается - на рынке активно продаются макетные платы c уже подготовленными отверстиями и дорожками, которые можно найти в специализированных магазинах, например, вот в этом http://makerplus.ru/ , где можно подобрать подходящий вариант.
Какие макетные платы бывают
Макетные платы изготавливаются без пайки и с пайкой. Конструкция без пайки представляет пластиковый корпус с многочисленными отверстиями с контактными разъемами. В них монтируются детали. Отверстия предназначены для проводов диаметром 0, 7 мм. Расстояние между ними составляет 2, 54 мм, этого хватает, чтобы установить транзистор и другие элементы.
Дорожки питания обозначаются синей и красной линиями. Количество точек для разъемов может изменяться от 100 до 2500 штук. Принцип работы с такой платой простой. Вы монтируете в нужные отверстия электронные элементы и соединяете их обычными проводами, или покупаете специально подготовленные провода-джамперы. Если схема собрана неправильно, то вы разбираете ее и монтируете заново.
Макетная плата с пайкой
Такая плата отличается от выше рассмотренного варианта тем, что элементы, установленные в корпусе, можно паять. В этом случае вы можете использовать ее не только как макет, но и как настоящее изделие. Правда, тогда плата будет иметь несколько большие размеры. Кроме этого, паяные конструкции имеют более низкую цену.
Платы с пайкой, которые, кстати, можно приобрести на страничке интернет-магазина http://makerplus.ru/category/breadboard , имеют отверстия под провода диаметром до 0,9 мм и располагаются с шагом в один дюйм(2, 54мм). С одной стороны конструкции располагаются прямые изолированные линии фольги, а с другой устанавливаются радиоэлементы и перемычки.
- Сразу разрежьте плату до нужных размеров. Для этого подойдут обычные ножницы, резак, ножовка. Можно даже просто разломать ее по отверстиям, но затем зачистив края.
- Если вы не собираетесь пользоваться платой прямо сейчас, то не трогайте лишний раз руками участки с фольгой. Руки могут быть влажными, что приведет к коррозии поверхности и ухудшению контакта.
- Если окислы или загрязнения имеют место, то очистите их при помощи нулевой наждачной бумаги или обычным ластиком.
- Радиоэлементы устанавливают со стороны, где нет полосок из фольги. Выводы просовывают в отверстия и запаивают с обратной стороны.
- Синий цвет токопроводящих дорожек обозначает «минус» схемы, красный «плюс», а зеленый используют по своему усмотрению. Дорожки маркируются с той же стороны, где расположена фольга.
- Самое важное позиционирование деталей происходит в вертикальном положении, так как в этом случае ошибка приведет к неправильно собранной цепи.
Учитывайте, что макетные платы обоих типов могут иметь по бокам пазы. Это необходимо для тех, кто собирает большое устройство, состоящее из нескольких модулей. Пазы позволяют собрать одну крупную плату из нескольких маленьких.
Когда паяются схемы, можно делать всё и без дополнений. Но тогда существует довольно высокая вероятность, что что-то может замкнуться. И тогда схема не будет работать. Чтобы устранить этот недостаток и привести результаты работы в более-менее пристойный вид, используют такое простое и эффективное изобретение, как макетная плата. Что она собой представляет? Какие разновидности существуют?
Макетная плата
Как пользоваться таким изобретением? Для начала проясним терминологическую составляющую. Макетная плата - это универсальная заготовка, которая используется, чтобы собирать и моделировать прототипы электронных устройств. Их можно поделить на два типа:
- Те, где используется пайка.
- Те, где пайки нет.
Во время создания прототипов электронных приборов каждому приходится встречаться с несколькими проблемами:
- Макетная плата должна быть сконструирована с нуля, а затем изготовлена. При допущении ошибки её придется переделывать.
- Создавать единственный экземпляр, как правило, не выгодно.
- Если схема выполнена на микросхемах низкой степени интеграции и аналоговых элементах, то сделать её легче будет навесным монтажом. Но микропроцессорные устройства сделать подобным образом будет очень сложно.
В наименее выгодном положении начинающие радиолюбители: поскольку у них ещё нет навыков проектирования схем, то им приходится оперировать «методом тыка». Поэтому на данный момент выпускается широкий диапазон различных макетных плат, где проведены разные короткие дорожки, и человеку останется только соединить детали, чтобы получить необходимую схему.
Разновидности
Различают несколько типов макетных плат:
- Универсальные. Имеют только металлизированные отверстия, которые будут соединяться разработчиком.
- Для цифровых устройств. В них существуют отдельные места, где можно поместить микросхемы. Также по всей плате проведены шины подачи питания.
- Специализированные. Создаются для различных устройств, которые должны работать на определённых микросхемах. Как правило, являются очень функциональными и проработанными.
Также, в зависимости от того, каким способом они делаются, различают два вида:
- Беспаечная макетная плата. В качестве преимуществ данного вида обычно называют целостность и аккуратность исполнения (если говорить о промышленных образцах).
- Спаянная макетная плата. Дешевизна и возможность легкого изменения устройства - вот основные преимущества данного вида.
Макетные платы для монтажа в гнёзда
Такие заготовки имеют тысячи отверстий, которые связаны между собой посредством металлических полосок. Выводы микросхем и радиодеталей вставляют в отверстия, а потом соединяют при помощи перемычек. Длинные ряды контактов, которые можно увидеть внизу, посередине и вверху платы, - это шины питания. Они используются, чтобы соединять многочисленные точки схемы с землёй и источником питания. Под каждым отверстием находится упругий контакт специальной формы, который обеспечивает высокую проводимость и долговечность соединений. Макетная плата может быть наращиваемой. В таких случаях на боковых гранях располагаются пазы, чтобы соединить несколько устройств в одно крупное.
Заключение
Макетная плата существенно позволяет облегчить труд разработчика. Также она повышает стабильность работы схемы, поэтому не брезгуйте пользоваться устройством. Нельзя не отметить и важную роль, которую макетная плата играет для людей, только начинающих заниматься разработкой электронных приборов, ведь многие из этих заготовок выпускаются уже под создание определённых устройств. Поэтому при конструировании популярной схемы имеет смысл поискать, нет ли уже заготовки под неё, ведь если ответ будет положительным, то это значительно сэкономит время.
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.
Макетная плата для сборки без пайки позволяет произвести монтаж электрической схемы и запустить ее без использования паяльника. При этом можно проверить все параметры и характеристики будущего устройства, подключив к плате измерительные и контрольные приборы.
Макетная плата представляет собой пластину из полимерного материала, являющегося диэлектриком. На пластине в определенном порядке просверлены монтажные отверстия, в которые должны вставляться выводы деталей – компонентов будущего устройства.
Отверстия допускают подключение выводов диаметром 0,4-0,7 мм. Расположены они на плате, как правило, с шагом 2,54 мм.
Чтобы смоделировать соединения выводов компонентов между собой, макетка имеет специальные токопроводящие пластины, в определенном порядке соединяющие отверстия.
Как правило, эти соединения осуществляются группами вдоль платы по ее длинным сторонам. Таких рядов может быть два-три. Эти контактные группы используются как шины для подключения питания.
Между продольными рядами отверстия соединяются пластинами в группы по пять. Эти пластины расположены в направлении поперек платы.
Около отверстий в местах будущих контактов токопроводящие пластины имеют конструктивные особенности, позволяющие зажимать и прочно удерживать выводы деталей, обеспечивая при этом наличие электрического контакта. В этом и есть смысл монтажа без пайки.
Качественные макетные платы допускают монтаж и разборку при сохранении прочного и надежного соединения между деталями до 50 000 раз.
Макетные платы, выпускаемые промышленным способом и приобретенные в торговой сети, как правило, имеют схему расположения контактов и токопроводящих связей между отверстиями.
Как правильно пользоваться
Чтобы успешно и рационально пользоваться макеткой, необходимо иметь еще такие приспособления:
- несколько монтажных проводов диаметром 0,4-0,7 мм для устройства различных перемычек и подключения питания;
- кусачки-бокорезы;
- плоскогубцы;
- пинцет.
Паяльник при монтаже без пайки, разумеется, не нужен, но он может понадобиться, чтобы припаять провода к клеммам источника питания, если отсутствуют разъемные изделия. Иногда пайку придется применить для осуществления экранирования.
Зная расположение токопроводящих дорожек на макетной плате, легко осуществить монтаж любой схемы и, подключив ее к источнику питания, проверить работоспособность. Для сборки нужно только вставить выводы компонентов в зажимы разъемов и соединить их в нужной последовательности.
При этом необходимо четко представлять расположение токопроводящих дорожек, чтобы не допустить короткого замыкания. При необходимости осуществления контактов между дорожками на макетной плате используются соединители.
В случае если выводы деталей по диаметру не подходят под монтажные отверстия, к ним можно подпаять или подмотать отрезки подходящего провода. Микросхемы и компоненты в BAG-корпусах устанавливаются в центре платы.
Подготовка и экранирование
Для того чтобы работать с макетной платой, особенно, если она предназначена для монтажа без пайки, сначала необходимо произвести подготовительные работы. Это тем более актуально, если плата не использовалась длительное время.
Подготовка включает в себя очистку макетной платы от пыли. Для этого можно воспользоваться мягкой кистью, а для очистки отверстий можно использовать пылесос или баллончик со сжатым воздухом.
Следующим этапом необходимо прозвонить мультиметром токопроводящие дорожки, чтобы избежать лишних трат времени на поиск возможной потери контакта при монтаже схемы.
При отладке устройств, они могут работать некорректно из-за различных помех и наведенных токов, возникающих при работе схемы. Для устранения этого явления необходимо применить экранирование макетной платы.
Для этого используют металлическую пластину, прикрепленную снизу и соединенную пайкой с общей шиной, которая впоследствии станет отрицательной.
Для успешного использования макетной платы под пайку и осуществления быстрой отладки целесообразно приобретать несколько макеток разных размеров.
Во-первых, это позволит собирать сложные схемы отдельными блоками, отлаживая каждый, и позже соединять в одно устройство. Во-вторых, так можно собрать дополнительные устройства, которые могут понадобиться для контроля работы основной схемы.
Приобретать макетную плату лучше с комплектом соединительных проводов. Их еще называют «джамперами».
Но в некоторых случаях можно сэкономить значительную сумму, если купить плату для беспаечного монтажа, неукомплектованную соединителями. Их в этом случае можно изготовить самостоятельно из подходящего провода.
Идеально подойдет кабель КСВВ 4-0,5, используемый при устройстве систем пожарной сигнализации. Этот кабель имеет 4 изолированных жилы из тонкого медного провода диаметром 0,5 мм. Одного метра кабеля будет достаточно, чтобы получить много соединительных перемычек.
При монтаже всегда нужно надежно подключать все выводы полупроводников и микросхем. Даже, если какие-либо выводы не используются, их необходимо подключить к общей шине, чтобы избежать возникновения наведенных токов.
При использовании макетных плат можно применять только слаботочные детали, работающие от напряжения не более 12 В. Подключать к макетной плате переменный ток напряжением 220 В от бытовой электросети запрещено.
Правильное использование макетной платы для монтажа без пайки существенно упростит сборку всей схемы и снизит затраты на изготовление устройства, в котором такая схема будет использоваться.
Для чего это делают? Это позволяет выявить недостатки, доработать схему, а затем, когда устройство будет отлажено, перенести его на разведенную печатную плату из фольгированного текстолита. Потому что отлаживать и вносить изменения в устройство, спаянное на протравленной плате всегда намного труднее. Конечно, и в этом случае можно изменить схему, перерезав часть дорожек, напаяв детали навесным монтажом со стороны печати, и так далее, но это уже крайний случай.
Сейчас в продаже есть множество отличных цанговых макетных плат, по невысокой цене, особенно если приобретать их без соединительных проводов. Пример устройства собранного на такой плате можно видеть ниже:
Рассмотрим, как устроены цанговые макетные платы , в них используются подпружиненные контакты, соединенные по 5 штук в ряд жестяными контактами, располагаются они обычно вертикально:
Также на плате предусмотрены ряды отверстий для подачи питания, (расположенные обычно горизонтально), плюс и минус, обозначенные соответственно (+) и (-) на плате. При втыкании провода в отверстие на плате он фиксируется, и если в эту же группу соединенных внутри платы отверстий воткнуть второй провод, между ними будет контакт. Макетные платы делятся на цанговые, или беспаечные, которые мы рассмотрели выше, и платы которые необходимо паять. На фабричных макетных платах, рассчитанных под пайку, вставляют провод в отверстие, пропаивают его с контактом на плате. Пример такой платы на следующем фото:
Все соединения на таких платах осуществляют гибким монтажным проводом, подпаивая его к используемым контактам. Такой провод может быть как оголённым, и тогда во избежание замыканий, его припаивают по всей длине следования к контактам на плате, как мы можем видеть на фото далее:
Также соединяющий контакты провод может быть в изоляции, и тогда он припаивается только к тем контактам, которые нужно соединить. Например, как на следующем рисунке:
Макетная плата под пайку соединение изолированным проводом
Вот так выглядит устройство, со стороны деталей, собранное на макетной плате:
Шаг отверстий у платы, рассчитанной под пайку, (впрочем, как и цанговой макетной платы) равняется приблизительно 2.5 мм, и соответствует шагу ножек у микросхем, выполненных в Dip корпусе. Некоторые умельцы радиолюбители, видимо из принципа изготавливают нечто подобное фабричным платам сами, своими руками:
При изготовлении такой платы, на места будущих контактов наносится защищающий от травления рисунок с помощью маркера или , и травится обычным способом, а после сверлится. Макетные платы для отладки устройства можно сделать самому и более простым способом, разделив резаком на участки кусок фольгированного текстолита:
В советское время, когда в продаже не было фабричных макетных плат, и даже фольгированный текстолит был не всем доступен, радиолюбители изготавливали и такие макетные платы:
Делали такую макетную плату из впрессованных в не фольгированный текстолит или кусок фанеры жестяных лепестков - контактов, впоследствии залуженных, а к этим лепесткам уже паяли радиодетали и соединительные провода. Материал подготовил AKV.
