Макетная плата для монтажа с пайкой и без

Виды макетных плат

Далее мы рассмотрим все виды макетных плат.

Толстый картон

В прежние времена, когда с доступностью некоторых видов товаров были проблемы, умельцами использовался толстый картон как один из самых простых, недорогих и быстрых способов для проверки схемы. Достаточно было проделать отверстия в куске картона под конкретные радиоэлементы и установить. Далее припаять выводы деталей друг к другу либо при помощи провода согласно схеме.

Такой вид макета, помимо его простоты, имеет массу недостатков: высокая вероятность замыкания, риски неправильного соединения элементов, возможность прожечь картон. Да и с точки зрения эстетики такой макет явно не лидер.

Самодельные макетные платы

Макетную плату из фольгированного текстолита можно изготовить самостоятельно. Для этого используется режущий инструмент – как правило резец. С его помощью на отрезке текстолита подходящего размера прорезаются канавки, образуя тем самым небольшие квадратики на фольгированной стороне. После чего она покрывается припоем.

Ряд контактов при необходимости можно соединить между собой припоем благодаря небольшому расстоянию между ними и создать дорожку. В результате образуется надёжный проводник, который не выглядит при этом убого. В случае успешной проверки устройства на работоспособность прототип можно оставить в исходном виде и использовать как готовое устройство.

Одноразовые макетные платы

На сегодняшний день в продаже имеется целый ряд разнообразных макетных плат: любых форм, размеров и цветов. Одно- и двухсторонние.

Шаг между отверстиями подобран таким образом, чтобы в них без проблем размещались радиодетали и микросхемы различных форм-факторов. Это придаёт удобство и упрощает сборку для проверки устройства. Стоимость подобных макетных плат, как правило, невысока.

При обилии преимуществ у такого рода макетных плат имеется существенный недостаток: при повторном использовании оловянные пятачки могут сорваться с платы, что приводит к её непригодности.

Беспаечные макетные платы

Следующим поколением макетных плат можно назвать беспаечные (контактные, зажимные, цанговые) макетные платы.

Они ещё проще в обращении, надёжнее и долговечнее предыдущих. Соответственно, и цена на них отличается в большую сторону.

Беспаечные макетные платы отличаются простотой и удобством установки деталей, а также соединением нескольких плат между собой. Существуют ограничения по диаметру контактов радиодеталей и проводов от 0,4 мм до 0,7 мм. С помощью мультиметра можно определить ряды дорожек, расположенных на одном проводнике. На случай создания прототипа с большим количеством узлов, предусмотрена возможность соединения нескольких макетных плат между собой с помощью специальных креплений на торцах.

При создании разветвлённой схемы с высокочастотными узлами, существует риск возникновения помех и наводок по причине паразитных параметров радиодеталей. Для уменьшения негативных последствий, т. к. «масса» (общий провод) подсоединяется к пластине из металла на обратной стороне макетной платы. Обычно общим проводом служит минус, либо он имеет название GND (ground — от англ. земля). Металлическая пластина может идти в комплекте с макетной платой как в закреплённом, так и в незакреплённом варианте, что потребует её установки при необходимости.

Для соединения радиодеталей на данной макетной плате, а также для соединения нескольких макетных плат между собой используются специальные соединительные провода – джамперы (jump — от англ. прыгать). Купить джамперы.

Для установки джампера требуется подогнать его по длине, зачистить от изоляции, подогнуть под 90° и вставить в отверстия.

Рассмотрим пример создания элементарной схемы: включение LED светодиода посредством кнопки на макетной плате.

На лабораторном блоке питания установить напряжение 5 вольт, подключить клеммы и нажать на кнопку. При нажатии светодиод загорается, что говорит о работоспособности прототипа.

Разновидности

Есть несколько различных типов макетных плат:

Универсальные — имеют исключительно металлизированные отверстия, которые разработчик должен соединять перемычками.
Для цифровых устройств — намечены возможные места для микросхем, по всей плате проведены шины питания.
Специализированные — для устройств на микросхеме конкретной модели. На таких платах есть как заранее разведённые стандартные цепи, так и матрица отверстий и дорожек для нестандартных. Например, для микроконтроллерных устройств стандартными цепями будут посадочное место для микросхемы, питание, «земля», кварцевый резонатор и линии внутрисхемного программирования.

Макетные платы для монтажа в гнёзда

Макетная плата на основе гнёзд с шагом 2,54 мм (0,1 дюйма) для сборки прототипа без пайки

В таких макетных платах имеются тысячи отверстий, электрически связанных между собой, например, с помощью металлических полосок. Выводы радиодеталей и микросхем вставляются в эти отверстия, а затем соединяются перемычками — кусочками зачищенных проводов. Длинные ряды контактов вверху, посередине и внизу платы — шины питания. Они служат для соединения многочисленных точек схемы с источником питания и «землёй». Под каждым отверстием расположены упругие контакты специальной формы, обычно из никелевых сплавов для обеспечения высокой проводимости и долговечности соединений. Каждый контакт макетной платы может выдерживать более 10 тыс. циклов установки и удаления компонентов с выводами диаметром от 0,3 до 0,8 мм. Расстояние между отверстиями составляет 2,54 мм, что является стандартным расстоянием между выводами большинства транзисторов и микросхем в DIP-корпусах (резисторы, конденсаторы и другие радиодетали обычно имеют гибкие длинные выводы, которые можно установить с иным шагом). Для некоторых микросхем в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа производятся платы-модули, позволяющие устанавливать их без пайки в предназначенные для DIP-компонентов макетные платы. На многих платах для удобства работы нанесена координатная сетка.

Макетные платы могут быть наращиваемыми: на их боковых гранях расположены пазы для соединения нескольких плат в более крупную.

Основные виды макетных плат для Arduino

Макетные платы различаются по количеству выводов, расположенных на панели, числом шин и конфигурацией. Бывают платы, в которых контактные соединения выполняются посредством пайки, однако работать с ними сложнее, чем с беспаечными устройствами и мы их рассмотрим в другой статье.

Большая макетная плата

Цветные макетные платы

Макетная плата с клеймами

В зависимости от характеристик наиболее распространены такие виды:

Для сборки больших микросхем в основном используются беспаечные платы на 830 или 400 отверстий. Для соединения нескольких компонентов и подвода проводов к необходимым точкам – на 8, 10, 16 отверстий;
С наличием пазов для сцепления плат, которые позволяют реализовывать достаточно большие проекты;
С наличием самоклейки на основании для надежного закрепления на устройстве;
С нанесенными на плату обозначениями для подключения устройств.

В зависимости о стоимости и производителя в комплектацию могут входить и дополнительные аксессуары – провода-джамперы, разнообразные разъемы. Но главным критерием качества всегда остается количество контактных разъемов и их технические характеристики.

Паять!

Итак, первая схема не получилась у нас из-за нарушения технологии пайки, поэтому сразу обговорим этот простой и на самом деле приятный момент. В брошюре достаточно наглядно показано и рассказано, как паять, но, к сожалению, мне это не сильно помогло, т. к. там сказано «как надо», а хотелось бы понять саму технику.

Пожалуй, лучшая рекомендация, которую удалось найти, была в этом посте. Приведу её целиком:

Дополнительно могу порекомендовать иллюстрированный комикс, переведённый хабрапользователем atarity. Также, время от времени на жале паяльника образуется нагар и его нужно чистить. Для этого в индустрии используются специальные целлюлозные губки, обязательно смоченные водой. В нашем случае нагар можно снять просто стряхнув его механически — например, тупой стороной ножа.

Макетная плата в электронных схемах

Редко какой реальный проект Arduino содержит менее 5-10 элементов схемы, соединенных между собой. Даже в простой хорошо всем известной схеме маячка применяются 2 элемента, светодиод и резистор, которые надо как-то соединять друг с другом. И тут как раз и встает вопрос о том, каким способом это сделать.

Макетная плата без пайки

На сегодняшний момент существуют следующие основные способы монтажа, которыми используются в электронике и робототехнике на этапе создания прототипов:

Пайка. Для этого применяют специальные платы с отверстиями, в которые вставляются детали и соединяются друг с другом пайкой (с использованием паяльника) и перемычками.
Cкрутка. По данной технологии контактные соединения устройств объединяются с макетной платой при помощи обмотки чистого провода к штыревому контакту.
Плата для монтажа без пайки. Английский вариант названия беспаечной макетной платы – breadboard.
Можно еще деражть контакты руками или зубами, склеивать клеем-пистолетом, скреплять изолентой или скотчем. В этой статье мы такие экзотические варианты не рассматриваем.

Макетная плата для монтажа с пайкой Самым современным вариантом для создания прототипов является беспаечная макетная плата, которая обладает несомненными преимуществами:

Возможность проводить отладочные работы большое количество раз, изменяя модификацию схем и способы подключения устройств;
Возможность соединения нескольких плат в одну большую, что позволяет работать с более сложными и большими проектами;
Простота и быстрота создания прототипов;
Долговечность и надежность.

Макетная плата Конечно, есть у этого варианта монтажа и недостатки:

В реальных проектах соединения у платы не будут столь же надежны, как при пайке. Любая вибрация будет потихоньку ослаблять контакты и это обязательно со временем приведет к неожиданным проблемам. Поэтому в реальных проектах используют другие виды монтажа элементов.
Внешний вид проектов с лапшой в виде проводов над бескрайними белыми пространствами платы нельзя назвать профессиональным и эстетичным. Хотят такой вид всегда завораживает зрителей и формирует у проекта имидж чего-то “жутко сложного, раз столько проводов”.
Плата с таким видом монтажа всегда будет занимать больше места за счет нависающих проводов. Значит, для нее нужен корпус больших объемов с фиксацией и защитой от вибрации.
Стоимость макетной платы. Пусть платы и не являются дорогими устройствами, но все равно вам нужно будет их приобрести дополнительно к микроконтроллеру и другим элементам. К счастью, сегодня на рынке есть большое количество недорогих вариантов и готовых наборов с монтажными платами в комплекте. Некоторые варианты можно найти в следующем разделе нашей статьи.

Не смотря на некоторые недостатки, альтернативных вариантов по простоте и доступности для монтажа первых схем у начинающих практически нет. Сегодня можно встретить огромное количество проектов, в которых все элементы размещены именно на макетной плате. Почти все примеры из учебников по основам робототехники и Ардуино используют этот вариант монтажа. Поэтому рекомендуем вам обязательно познакомиться с этим конструктивным элементом поближе.

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!

Откуда появилось название — breadboard?

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.

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.

Исторический экскурс

В начале 1960 создание прототипов микросхем выглядело примерно так:

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.

Собираем простые схемы на макетной плате

Давайте попробуем соединить несколько элементов и убедимся, что все работает. Для сборки этих простых схем мы будем использовать элементы:

Название	Особенность подключения	Какую функцию выполняет	Картинка
Светодиоды	это полярный элемент, у него есть + и — (или анод и катод)	Красиво горит
Резисторы	для нашего опыта понадобиться резистор от 300 до 1000 Ом	Ограничивает ток, чтобы светодиод не сгорел
Тактовая кнопка	С двумя или четырьмя контактами	Замыкает и размыкает цепь
Батарейный отсек	С двумя пальчиковыми батарейками AA по 1,5 вольта каждая	Питает схему
Плата Arduino Nano	Вставляется в макетную плату	Контроллер который позволяет нам программировать электронные схемы

Упражнение 1. Заставим светодиод гореть.

Рис. 1 Принципиальная схема. Сборка схемы со светодиодом Для начала нарисуем схему которую мы пытаемся собрать. Смысл схемы такой: электрический ток проходит через светодиод и он горит, резистор при этом ограничивает ток, чтобы светодиод не сгорел.

Наш наш вариант сборки на макетной плате.

Рис. 2 Пример сборки схемы на макетной плате.

Обратите внимание , что в горизонтальные ряды удобно подключать питание, сделать из них общий + и —. Эти обозначения на некоторых макетных платах, всего лишь подсказка для вас, так подключать удобно

Действительно, часто удобно иметь общую “шину” общий провод с плюсом и с минусом. Но это не значит, что вы не можете подключать туда что-то другое.

Упражнение 2. Схема с двумя светодиодами подключенными последовательно и кнопкой.

Немного усложним нашу схему, теперь зажжем два светодиода через кнопку. Кнопка позволит нам замыкать и размыкать цепь и таким образом управлять включением светодиодов.

Рис. 3 Принципиальная схема к упражнению 2. Подключение двух светодиодов последовательно.

Попробуйте собрать эту схему самостоятельно. Ниже — наше решение.

Рис. 4. Сборка схемы с двумя светодиодами на макетной плате.

Упражнение 3. Параллельное подключение светодиодов

Следующую схему соберем с двумя параллельно подключенными светодиодами. Напоминаем, что при последовательном подключении плюс одного элемента подключается к минусу другого, а при параллельном плюс (или анод) одного элемента подключается к плюсу другого, также с минусом (катодом).

Рис. 4. Сборка схемы с двумя подключенными параллельно светодиодами на макетной плате.

4) Подключение светодиода к плате Arduino.

На занятиях мы часто используем плату Arduino — наш компьютер, с помощью которого мы программируем электронные схемы и роботов. Давайте разберемся, как макетная плата используется с Arduino nano.

Рис. 6. Принципиальная схема. Подключение светодиода к плате Arduino.

Соберем вот такую схему, на ней светодиод питается от выхода платы Arduino Nano 5V (этот порт не нужно программировать, он всегда выдает постоянное напряжение 5 вольт).

Рис. 7. Подключение светодиода к плате Arduino c помощью макетной платы.

При сборке схем на макетной плате с платой Arduino будьте внимательны: когда Вы перекидываете провода между рядами, не попадите случайно в ряд с ПИНом GND (Ground — Земля) , так может получиться короткое замыкание. Старайтесь держать в голове, какие ножки на плате работают в данный момент (выдают или принимают напряжение), а какие не задействованы.

Как пользоваться макетной платой

Пользоваться макетной платой достаточно просто. При создании схемы в отверстия на пластиковом корпусе вставляются необходимые элементы – конденсаторы, резисторы, различные индикаторы, светодиоды и т.д. Ширина разъемов позволяет подключать к контактам проводники с сечением от 0,4 до 0,7 мм.

Схема подключения светодиода к монтажной плате

Например, вам нужно соединить между собой два элемента – светодиод и резистор. Для этого вы берете ножку первого элементам (светодиода) и вставляете ее, например, в ряд номер 2. Вторую ножку вы вставляете в другой ряд. Например, 3. Если вставите ножку в тот же ряд, схема работать не будет, т.к. обе ножки через общую рельсу будут соединены железным проводником. Будет короткое замыкание. Ток пойдет через место соединения напрямую, минуя светодиод. Никакой пользы от этого не будет.

Подключение светодиода к макетной плате. Размещаем светодиод в удобном месте. Главное, для каждой ножки – свой ряд

Если вы воткнете контакт в соседний ряд, то между ними не будет замыкания, т.к. соседние ряды не связаны между собой проводниками (ведь связаны только 5 контактов в одном ряду)

В какой именно ряд вы воткнете ножку – не важно. Главное, что не в тот же, что у первой ножки

Для удобства в реальных схемах вторую ножку размещают не в соседнем ряду, а в любом другом, чуть подальше от первого. Нужно выбирать место монтажа с учетом размеров самого светодиода, чтобы не выгибать сильно контакты.

Итак, светодиод мы закрепили – он устойчиво стоит двумя ногами в рядах 2 и 3. Давайте теперь подключим к этой схеме резистор. Мы возьмем одну ножку резистора и вставим в тот же ряд, что одна из ножек светодиода. Например, в ряд номер 3 – в любое место

В одном ряду 5 контактов, не важно, в какой из контактов мы попадем, главное, что в этом же ряду! Затем вторую ножку резистора вставим в другой ряд, например, в седьмой

Подключение светодиода и резистора к макетной плате. Соединяем одни ножки элементов

Получится, что ножки в 3 ряду встретятся друг с другом через внутренне соединение и будут связаны, как будто мы спаяли или скрутили их. И между ними с удовольствием пойдет ток, ведь он любит металлическое соединение.

У нас остались одна ножка у светодиода и одна ножка у резистора. Ножку светодиода мы должны соединить с платой ардуино. Если это длинная ножка, то соединяем ее с 13 пином. Если короткая, то с пином GND. В нашем случае, мы соединим короткую ножку во втором ряду с разъемом GND на плате Ардуино. Для этого мы берем провод “папа-папа” и втыкаем его в ряд, где находится наша свободная ножка. У нас это ряд 2 (вторая ножка светодиода уже связана в ряду 3 с резистором)

Опять-таки не важно, куда именно мы воткнем провод, главное, что во втором ряду – в том, где уже ждет ножка светодиода. Вторую часть провода мы соединяем с платой Arduino

Пример подключения светодиода и резистора к макетной плате. Идем к GND

Точно так же мы соединяем оставшуюся часть схемы – вторую часть резистора через проводник ведем к другому разъему Ардуино. В нашем случае с ряда 7 мы тянем проводник к 13 пину ардуино. Получится, что длинная ножка светодиода идет к плюсу – к 13 пину. А короткая у нас уже давно соединена с землей – GND.

Все, схема собрана. И после включения питания ток пойдет так (схематически): через источник внутри Ардуино дойдет до 13 пина, через красный проводник дойдет до макетной платы, пройдет через сопротивление, потом через светодиод, потом через черный провод вернется в ардуино. Схема в итоге получилась без разрывов, рабочая.

Еще одним примером создания прототипа схемы с использованием макетной платы может стать такой вариант реализации:

Для ее сборки необходимо взять:

Макетную плату (breadboard);
провода для соединения;
1 светодиод;
тактовую кнопку;
резистор с номинальным сопротивлением 330 Ом;
батарейку типа «Крона» на 9В.

Плюс батарейки подключается к плюсовой шине, а минус к отрицательной. Если схема собрана правильно, то при нажатии на кнопку будет обеспечиваться загорание светодиода.

Еще несколько примеров:

Пример схемы с макетной платой

Выводы

Макетные платы breadboard оптимальны для создания прототипов и цифровых схем не очень высокой сложности. В своей практике их часто используют как новички, познающие основы схемотехники, так и опытные профессионалы ввиду простоты монтажа и достаточно высокого качества соединения рабочих контактов. С помощью таких плат можно быстро и без лишней пайки создать прототип, протестировать его и затем уже собрать устройство с более надежным вариантом соединения.

Несмотря на большое количество плюсов, у макетных плат есть и минусы. Они не позволяют сделать надежное устройство, эксплуатируемое в сложных условиях. Они не предназначены для сборки аналоговых схем, с высокой чувствительностью к величине сопротивления, т.к. сопротивление в месте контакта завсит от многих факторов и может меняться. Платы нельзя подключать к линии с высоким напряжением. Наконец, такие платы тоже стоят денег – монтажные платы с пайкой обойдутся дешевле.

В любом случае, для первых проектов у ардуинщика каких-то альтернатив нет. Кроме того, подключение макетной платы способствует развитию абстрактного мышления – а это никогда не бывает лишним.