5 Tipps für erfolgreiches Breadboarding - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Mein Name ist Jeremy und ich bin in meinem Junior-Jahr an der Kettering University. Als Student der Elektrotechnik hatte ich die Möglichkeit, viele Stunden in Laboren zu verbringen, um kleine Schaltungen auf Steckbrettern zu bauen. Wenn Sie Erfahrung mit der Herstellung kleiner Schaltungen und Elektronikprojekten zum Selbermachen haben, werden Sie hier möglicherweise nicht viel von Vorteil finden. Der Zweck dieser Anleitung besteht darin, die Grundlagen der Verwendung eines Steckbretts, eine Einführung in gängige Komponenten und den Aufbau kleiner Schaltkreise zu behandeln. Darüber hinaus werde ich kurz besprechen, wie Sie Ihre Schaltung organisieren, sowie einige Strategien zur Fehlerbehebung für Situationen, in denen etwas schief geht.

Es wird davon ausgegangen, dass die Person, die dies liest, mit den Grundlagen der Elektronik und Terminologie vertraut ist: Stromfluss, Spannung, Polarität, Leitwert, Kurzschluss, Leerlauf, Verbindung und Vorspannung. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass der Leser mit Schaltnetzteilen im Laborumfeld vertraut ist.

Ich schreibe dies, weil ich gerne kleine Schaltungen in den Laboren baue und dabei einige häufige Probleme und Fehler beobachtet habe. Ich hoffe, dass dies jemandem helfen wird, der gerade seine Reise in die Entdeckung der Elektronik antritt, um etwas Nützliches zu finden, das ihm einige der Kopfschmerzen erspart, die mir auf dem Weg begegnet sind, und die Tür zu den Freuden des Bauens kleiner Schaltkreise öffnet!

Schritt 1: Das Steckbrett

Was ist ein Steckbrett?:

Ein beliebtes Werkzeug zum Prototyping und Testen von Schaltungen, das es dem Benutzer ermöglicht, Komponenten schnell anzuschließen und auszutauschen sowie Verbindungen mit Leichtigkeit herzustellen. Die Verwendung eines Steckbretts ermöglicht eine schnelle Montage und Modifikation von Schaltungen ohne Lötanforderungen.

Die Konfiguration:

Klemmenleisten: Horizontal verlaufen, mit Zeilennummern in Fünferschritten und Spaltenbuchstaben in Fünfergruppen. Reihe 1, Spalten A-E bilden einen durchgehenden Kontaktpunkt - oder Verbindungspunkt, und Reihe 1, Spalten F-J bilden einen weiteren

Sammelschienen: Führen Sie vertikal paarweise über die Länge jeder Seite und sind entweder mit "+" oder "-" gekennzeichnet. Der gesamte + Streifen ist eine durchgehende Verbindung, und der - Streifen ist eine durchgehende Verbindung, wodurch viele Komponenten an eine Stromquelle angeschlossen werden können

Mulde / Nut: Verläuft die Länge des Steckbretts vertikal zwischen den Klemmleisten. Die Reihen sind an dieser Rille diskontinuierlich, was die Verwendung von integrierten Schaltungen (ICs) ermöglicht

Steckbretter können in einer Vielzahl von Größen und Ausführungen erworben werden, aber die obige Konfigurationsbeschreibung bleibt gleich, egal ob Sie das halbe Steckbrett oder ein größeres Modell mit Stromanschlüssen und mehreren auf einer Metallplatte montierten Platinen haben.

Um Ihre Schaltungen erfolgreich zu erstellen, ist es wichtig, die Anordnung der Kontaktpunkte im Steckbrett fest im Griff zu haben. Bei richtiger Anwendung ist das Steckbrett ein großartiges Werkzeug zum Bauen von Schaltungen und zum Durchführen von Änderungen im Handumdrehen!

Schritt 2: Kennen Sie Ihre Komponenten

Beim Entwurf elektronischer Schaltungen wird man auf eine Vielzahl von Komponenten stoßen. Obwohl dies keine vollständige Liste sein soll, werde ich einige der gebräuchlicheren Komponenten, ihren Zweck und einige Warnungen zur Handhabung hervorheben. Viele Kopfschmerzen können durch die richtige Handhabung und Verwendung von Komponenten vermieden werden. Wenn Sie gerade erst mit der Elektronik beginnen, können Sie viele Komponentenkits finden, die Ihnen die Grundlagen für unter 20 US-Dollar bieten.

Widerstand: (gemessen in Ohm) Widersteht dem Stromfluss innerhalb eines Stromkreises. Je nach Platzierung innerhalb einer Schaltung kann Spannung oder Strom geteilt werden. Widerstände sind mit farbigen Bändern versehen, die ihren Widerstandswert in Ohm sowie ihre Toleranz anzeigen. Zur Ermittlung der Widerstandswerte ist eine Tabelle hilfreich. Ein Widerstand kann in beide Richtungen innerhalb einer Schaltung platziert werden und funktioniert auf die gleiche Weise (er hat keine Polarität).

Fotowiderstand: Widersteht dem Stromfluss. Der Widerstandswert variiert je nach Umgebungslicht. Kann in Dimmanwendungen oder zum Einschalten eines Stromkreises bei schlechten Lichtverhältnissen verwendet werden.

Kondensator: (gemessen in Farad) Ein Kondensator speichert Energie, die zu einem späteren Zeitpunkt in einen Stromkreis abgeleitet werden kann. Es wirkt als Sperre für Gleichstrom, lässt jedoch Wechselstrom durch. Kondensatoren haben ein breites Anwendungsspektrum von der Frequenzfilterung bis zur Glättung von Welligkeiten in einer Gleichrichterschaltung. Es ist wichtig zu beachten, dass Keramikscheibenkondensatoren zwar keine polaren Bauteile sind, bei Elektrolytkondensatoren jedoch Vorsicht geboten ist, da sie eine vorgesehene Leitung für den Anschluss an den Plus- und Minuspol haben und beim falschen Aufsetzen beschädigt werden können.

Transistor: Ein Transistor ist ein Halbleiter, der den Stromfluss regelt, Signale verstärkt oder als Schalter fungiert. Es gibt viele verschiedene Arten von Transistoren, aber die wichtigste Überlegung beim frühen Schaltungsdesign (vorausgesetzt, Sie haben den richtigen Transistor für die Anwendung) ist, dass darauf geachtet werden muss, dass diese Komponenten keinen statischen Schock ausgesetzt werden.

Diode: Eine Diode ist ein Halbleiter, der als Rückschlagventil für den Stromfluss fungiert. Bei Vorwärtsspannung tritt Strom in die Anode (+ Leitung) ein und fließt aus der Kathode (- Leitung). In Sperrrichtung wirkt es jedoch als offener Schalter, und es fließt kein Strom über das Bauteil. Die Ausrichtung muss berücksichtigt werden, da das Anordnen einer Diode nach hinten zu einem unerwünschten Schaltungsverhalten oder einer durchgebrannten Diode führt.

Light-Emitting Diode (L. E. D): Eine spezielle Diode, die Licht emittiert, wenn sie leitet. Wird in vielen kleinen Anwendungen verwendet, bei denen Indikatoren benötigt werden. Zu den Vorteilen zählen ein extrem geringer Stromverbrauch und eine extrem lange Lebensdauer.

Integrierter Schaltkreis: Die letzte Komponente, die ich vorstellen werde, ist der integrierte Schaltkreis (IC). Es gibt viel zu viele Variationen, um sie hier aufzulisten, aber einige sind der Operationsverstärker, Timer, Spannungsregler und Logik-Arrays. Integrierte Schaltungen stellen eine gesamte Schaltung innerhalb eines kleinen Chips bereit und können Widerstände, Dioden, Kondensatoren und Transistoren alle innerhalb eines Chips enthalten, der kleiner als ein Cent ist. Es gibt eine Nummerierungskonvention für die Pins auf einem IC-Chip, es gibt eine Einkerbung oder einen Punkt auf der Oberfläche des Chips, und dies entspricht Pin Nr.

VORSICHT! Integrierte Schaltkreise können durch statische Aufladung zerstört werden.

Neben den oben genannten Komponenten gibt es Induktivitäten, Relais, Schalter, Potentiometer, variable Widerstände, Siebensegmentanzeigen, Sicherungen, Transformatoren … Sie haben die Idee! Eine schnelle Online-Suche liefert viele nützliche Informationen (zum Beispiel: Übersichten von Bauteilen, was macht ein Transistor?, Kondensatortypen)

Es ist von großem Vorteil, die grundlegenden Informationen über die von Ihnen verwendeten Komponenten zu kennen, ob sie statisch empfindlich sind oder nicht und ob sie eine Polarität haben oder nicht. Sie sparen nicht nur Zeit, Geld und Kopfschmerzen; aber die Schaltung wird viel schneller wie gewünscht funktionieren!

Schritt 3: Organisation ist wichtig

Organisation – Warum ist das wichtig?:

Die obigen Schaltungen (rechte Seite) sind funktionell gleich, aber mit einem deutlich unterschiedlichen Aussehen. Während die erste Methode weniger Verdrahtung benötigt, ist sie nicht die bevorzugte Methode zum Aufbau kleiner Schaltkreise. Auf einem Steckbrett ist viel Platz für kleine Schaltkreise; Haben Sie keine Angst, diesen Raum zu nutzen!

Die Wahl der Leads ist zwar persönlich, aber ein paar Dinge können das Leben erheblich erleichtern. Viele Leute verwenden Kupferdraht und stellen ihre eigenen Leitungen her, aber ich bevorzuge die Steckbrett-Jumper, die günstig online gekauft werden können. Die Jumper bestehen aus Drahtsträngen im Gegensatz zum steifen Kupferdraht und haben einen Stift am Ende für eine einfache Verwendung. Der Vorteil bei den Litzen besteht darin, dass die Verdrahtung viel flexibler ist, so dass Sie weniger wahrscheinlich eine Verbindung abbrechen können und die Verlegung flexibler ist. Ein letzter Hinweis zur Verkabelung, es ist sehr hilfreich, Ihre Verkabelung so zu "farbkodieren", dass Sie sie leicht verfolgen können (linke Abbildung oben). Zum Beispiel behalte ich gerne meine rote und schwarze Verdrahtung für meine positiven und negativen Spannungen (jeweils), ich verwende oft Grau oder Orange für meine gemeinsame Masse, Blau für das Eingangssignal und Weiß oder Gelb für interne Verbindungen. Wenn Sie mehrere Stromquellen sowie Eingänge von einem Signalgenerator haben, ist es hilfreich, Etiketten für Ihre Drähte zu erstellen und sie zu beschriften, um später eine ordnungsgemäße Verbindung zu gewährleisten.

Wenn es darum geht, einem Schaltplan zu folgen, ist es viel einfacher, wenn Sie Ihre Komponenten auf der Platine so nah wie möglich an das Layout im Schaltplan anordnen. Auf diese Weise sehen Sie Ihre Komponentenwerte auf einen Blick und erleichtern die Rückverfolgung von Signalwegen / Fehlersuche. Die Labore der meisten Schulen weisen Sie oft an, an einem bestimmten Punkt im Stromkreis eine Spannungs- oder Strommessung durchzuführen. In diesen Fällen ist es eine RIESIGE Hilfe, wenn Ihre Schaltung den Schaltplan physisch widerspiegelt! Schließlich ist es bei komplexeren und fortschrittlicheren Schaltungen wichtig, empfindlichere Komponenten (wie integrierte Schaltungen) von Induktivitäten, Relais und anderen Komponenten fernzuhalten, wo sie durch die Magnetfelder beschädigt werden könnten.

Wenn die Schaltung, die Sie bauen, eine (oder mehrere) integrierte Schaltungen enthält, kann die Anzahl der Komponenten und Leitungen, die zum Aufbau der Schaltung erforderlich sind, schnell ziemlich unordentlich werden. Um Unordnung zu vermeiden und sich die Arbeit zu erleichtern, ist es oft nützlich, den integrierten Schaltkreis von allem anderen auf der Platine entfernt zu platzieren und die anderen Komponenten mit Anschlüssen an den IC-Pins zu platzieren. Auf diese Weise ist es später viel einfacher, Dinge zu entziffern. Soll die Schaltung später dauerhaft aufgebaut werden, können Sie alles auf kleinstem Raum zusammenfassen.

Schritt 4: Grundlegende Fehlerbehebung

Alles ist gut - bis es nicht mehr ist!

Sie haben also Ihre Hausaufgaben gemacht, Sie verstehen Ihre Komponenten und die Schaltung ist genau so aufgebaut, wie es die Anleitung zeigt. Schalten Sie den Netzschalter um… und… NICHTS! Es ist nicht ungewöhnlich, einen kleinen Rundkurs zu bauen und hinterher festzustellen, dass etwas nicht stimmt. Dies ist alles Teil des Lernprozesses. Wenn Sie wissen, wo Sie mit der Fehlerbehebung beginnen sollen, können Sie den Ärger und die Irritation von Problemen reduzieren.

Stromquelle: Es ist im Allgemeinen am besten, mit der Fehlerbehebung zu beginnen, indem sichergestellt wird, dass der Stromkreis mit Strom versorgt wird. Wenn der Stromkreis mit einer Batterie betrieben wird, verwenden Sie ein Multimeter, um die Spannung zu überprüfen und sicherzustellen, dass genug "Saft" vorhanden ist, um den Stromkreis mit Strom zu versorgen. Wenn ein Netzteil verwendet wird, sind viele Faktoren zu berücksichtigen:

Netzteilmodus: Viele Netzteile können konstanten Strom (cc) oder konstante Spannung (cv) liefern. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die richtige Einstellung für einen ordnungsgemäßen Betrieb gewählt wird. Die meisten kleinen Projekte werden im Konstantspannungsmodus an eine Stromversorgung angeschlossen

Masse / negative Spannung: Wenn Ihr Projekt mit einer Batterie betrieben wird, ist dies wahrscheinlich kein Problem. Bei Verwendung eines Netzteils wird häufig an Schaltungen eine negative Spannung angelegt (z. B. an einen Operationsverstärker) sowie über eine gemeinsame Masse. Es ist wichtig, den Unterschied hier zu verstehen und diese negative Spannung und gemeinsame Masse NICHT als austauschbar zu betrachten

Netzteileinstellungen: Wenn eine negative Spannung angelegt wird, vergewissern Sie sich, dass Sie wissen, wie die Netzteileinstellungen angepasst werden. Dies ist von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich, wird jedoch normalerweise über die Auswahlschalter an der Vorderseite des Geräts durchgeführt. Als ich zum ersten Mal ein Netzteil verwendet habe, um einen Operationsverstärker mit -12 Volt zu versorgen, habe ich nicht überprüft, ob die Einstellungen für die Spannung sowohl für die + als auch für die - Versorgung angepasst wurden. Infolgedessen verbrachte ich über eine Stunde damit, meine Schaltung neu aufzubauen / zu überprüfen

Schaltungskonfiguration

Führen Sie einen Vergleich des Schaltplans und der Schaltung durch. Wenn Sie Ihre Schaltung so gebaut haben, dass sie den Schaltplan im Layout widerspiegelt, ist dieser Schritt viel einfacher.

Überprüfen Sie die Ausrichtung der polaren Komponenten (Dioden, Kondensatoren, Transistoren)

Stellen Sie sicher, dass sich die Leitungen der Komponenten nicht berühren, was zu Kurzschlüssen führt

Prüfen Sie die Klemmleisten, stellen Sie sicher, dass alle Komponentenkabel und -drähte fest in der Kontaktstelle sitzen und dass alle Komponenten, die eine Verbindung bilden sollen, dies auch tun. Es ist leicht, versehentlich zu einer anderen Klemmenleiste zu wechseln, wenn es unübersichtlich wird. Dies erzeugt eine Unterbrechung (oder einen offenen Stromkreis)

Wenn mit Stromversorgung, Komponentenausrichtung und Verkabelung alles gut aussieht, vermuten Sie eine fehlerhafte Komponente. Wenn die Schaltung einen IC enthält, kann das Problem manchmal einfach durch Austauschen gelöst werden. Wenn Sie sich in einer Laborumgebung befinden und Komponenten recyceln, stellen Sie außerdem möglicherweise fest, dass ein Kondensator, eine Diode oder ein Transistor defekt ist, die eine Gruppe zuvor falsch verdrahtet und zerstört hat

Die obigen Schritte sollten viele der Probleme lösen, die beim einfachen Schaltungsbau auftreten, aber wenn alles gut aussieht und immer noch nicht funktioniert, ist es möglicherweise an der Zeit, alles aufzuschlüsseln, alle Widerstandswerte zu überprüfen und alle Komponenten zu überprüfen, die mit den vorhandenen Geräten getestet werden können. Die meisten schematischen Diagramme - insbesondere diejenigen, die für Labore im akademischen Umfeld verwendet werden - wurden mehrfach erstellt und getestet, daher ist es sehr unwahrscheinlich, dass das Problem im schematischen Design liegt. Wenn Sie jedoch Ihre eigene Schaltung prototypisieren und Probleme nicht durch Fehlersuche beheben können, kann es am vorteilhaftesten sein, zum Zeichenbrett zurückzukehren und Ihr Schaltungsmodell auf Fehler zu analysieren.

Schritt 5: Gib nicht auf

Es ist sehr leicht, beim Bauen kleiner Schaltkreise frustriert zu werden. Es gibt buchstäblich unzählige Variationen, wie Dinge möglicherweise schief gehen können. Einige Probleme sind viel schwieriger zu beheben als andere. Auch wenn es leichter gesagt als getan ist, lassen Sie sich nicht von der Frustration des Urteils ablenken. Treten Sie einen Schritt zurück, kühlen Sie sich ab und bewerten Sie die Situation aus einer logischen Perspektive. Ich bin mehrmals aus Frustration fast aus dem Labor gegangen, nur um festzustellen, dass irgendwo eine Leitung getrennt war oder ein Signalausgang nicht eingeschaltet war. Meistens ist das Problem in einer Schaltung nur ein kleines Detail. Logische und methodische Schritte zur Bewertung der Schaltung und zur Identifizierung des Problems führen in der Regel zu einer Lösung. Es gibt so viele Facetten der Elektronik zu entdecken, lassen Sie sich von Rückschlägen oder Misserfolgen nicht erlauben, dieses lohnende Unterfangen aufzugeben!