5 советов по успешному макетированию: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Меня зовут Джереми, я учусь на первом курсе Университета Кеттеринга. Будучи студентом электротехники, я имел возможность проводить много часов в лабораториях, строя небольшие схемы на макетных платах. Если у вас есть опыт создания небольших схем и самостоятельных проектов в области электроники, вы не найдете здесь особой пользы. Цель этой инструкции - охватить основы использования макетной платы, познакомить с общими компонентами и построить небольшие схемы. Кроме того, я кратко расскажу, как организовать вашу схему, а также некоторые стратегии устранения неполадок в тех случаях, когда что-то идет не так.

Предполагается, что индивидуальный читатель имеет некоторое представление об основах электроники и терминологии: ток, напряжение, полярность, проводимость, короткое замыкание, разрыв цепи, переход и смещение. Кроме того, предполагается, что читатель знаком с импульсными источниками питания, используемыми в лабораторных условиях.

Я пишу это, потому что мне нравится строить небольшие схемы в лабораториях, и я заметил некоторые общие проблемы и ошибки на этом пути. Я надеюсь, что это поможет тем, кто только начинает свой путь к открытию электроники, найти что-то полезное, что избавит их от некоторых головных болей, с которыми я столкнулся на этом пути, и откроет дверь к радостям небольшого схемотехнического строительства!

Шаг 1: Макетная плата

Что такое макетная плата ?:

Популярный инструмент для создания прототипов и тестирования схем, позволяющий пользователю быстро подключать и менять компоненты, а также с легкостью выполнять соединения. Использование макета позволяет быстро собирать и модифицировать схемы без необходимости пайки.

Конфигурация:

Клеммные колодки: располагаются горизонтально, номера строк увеличиваются на пять, а буквы столбцов - группами по пять. Строка 1, столбцы A-E, составляют одну точку непрерывного контакта - или соединение, а строка 1, столбцы F-J, составляют другую

Автобусные полосы: проложены парами вертикально по длине каждой стороны и помечены знаком «+» или «-». Вся полоса + представляет собой одно сплошное соединение, а полоса - непрерывное соединение, позволяющее подключать множество компонентов к источнику питания

Желоб / канавка: проходит по всей длине макетной платы вертикально между клеммными колодками. Ряды прерывистые в этой канавке, что позволяет использовать интегральные схемы (ИС)

Макетные платы можно приобрести в различных размерах и стилях, но приведенное выше описание конфигурации остается неизменным, независимо от того, есть ли у вас половинная макетная плата или более крупная модель с силовыми клеммами и несколькими платами, установленными на металлической пластине.

Для того, чтобы добиться успеха в создании ваших схем, очень важно иметь четкое представление о расположении точек контакта на макетной плате. При правильном использовании макетная плата - отличный инструмент для построения схем и внесения изменений на лету!

Шаг 2: знайте свои компоненты

В конструкции электронных схем можно встретить множество компонентов. Хотя это не исчерпывающий список, я выделю некоторые из наиболее распространенных компонентов, их назначение и некоторые предупреждения по обращению. Многие головные боли можно избежать, правильно обращаясь с компонентами и используя их. Если вы только начинаете заниматься электроникой, можно найти множество комплектов компонентов, которые дадут вам основы менее чем за 20 долларов.

Резистор: (измеряется в Ом) Сопротивляет протеканию тока в цепи. В зависимости от размещения в цепи может использоваться для разделения напряжения или тока. На резисторах есть цветные полосы, которые показывают значение их сопротивления в омах, а также допуск. Таблица полезна для определения значений сопротивления. Резистор можно разместить в любом направлении в цепи, и он будет работать одинаково (не имеет полярности).

Фоторезистор: препятствует прохождению тока. Значение сопротивления зависит от окружающего освещения. Может использоваться для диммирования или включения цепи в условиях низкой освещенности.

Конденсатор: (измеряется в Фарадах) Конденсатор накапливает энергию, которая затем может рассеиваться в цепи позже. Он действует как блокировка для постоянного тока, но пропускает переменный ток. Конденсаторы имеют широкий спектр применения - от частотной фильтрации до сглаживания пульсаций в цепи выпрямителя. Важно отметить, что, хотя керамические дисковые конденсаторы не являются полярными компонентами, следует соблюдать осторожность с электролитическими конденсаторами, поскольку они имеют специальный вывод для подключения к положительной и отрицательной клеммам и могут быть повреждены при установке обратной стороной.

Транзистор: транзистор - это полупроводник, который регулирует ток, усиливает сигналы или действует как переключатель. Существует много различных типов транзисторов, но наиболее важным соображением на начальном этапе проектирования схемы (при условии, что у вас есть правильный транзистор для применения) необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать статического разряда этих компонентов.

Диод: Диод - это полупроводник, который действует как односторонний обратный клапан для прохождения тока. При прямом смещении ток поступает на анод (+ вывод) и вытекает из катода (- вывод). Однако при обратном смещении он действует как разомкнутый переключатель, и через компонент не протекает ток. Следует учитывать ориентацию, так как размещение диода назад приведет к нежелательному поведению схемы или перегоревшему диоду.

Светоизлучающий диод (L. E. D): специальный диод, который излучает свет, когда он проводит. Используется во многих небольших приложениях, где необходимы индикаторы. Преимущества включают чрезвычайно низкое энергопотребление и чрезвычайно долгий срок службы.

Интегральная схема: последний компонент, о котором я расскажу, - это интегральная схема (ИС). Здесь слишком много вариантов, чтобы перечислять их, но некоторые из них - это операционный усилитель, таймеры, регуляторы напряжения и логические массивы. Интегральные схемы представляют собой всю схему в небольшом кристалле и могут содержать резисторы, диоды, конденсаторы и транзисторы в кристалле размером меньше десяти центов. Существует соглашение о нумерации выводов на микросхеме, на поверхности микросхемы есть выемка или точка, и это соответствует выводу №1, выводы затем последовательно нумеруются вниз по стороне и вверх по другой..

ОСТОРОЖНОСТЬ! Интегральные схемы могут быть повреждены статическим электричеством.

Наряду с перечисленными выше компонентами есть индукторы, реле, переключатели, потенциометры, переменные резисторы, семисегментные дисплеи, предохранители, трансформаторы… вы поняли! Быстрый поиск в Интернете предоставит много полезной информации (например: обзоры компонентов, для чего нужен транзистор? Типы конденсаторов)

Знание основной информации об используемых вами компонентах, независимо от того, чувствительны ли они к статическому электричеству и имеют ли они полярность, будет очень полезно. Вы не только сэкономите время, деньги и головную боль; но схема, скорее всего, будет работать так, как хотелось бы, гораздо быстрее!

Шаг 3. Организация важна

Организация - Почему это важно?:

Вышеупомянутые схемы (правая сторона) функционально идентичны, но заметно отличаются по внешнему виду. Хотя в первом используется меньше проводов, он не является предпочтительным методом для построения небольших цепей. На макетной плате достаточно места для небольших схем; не бойтесь использовать это пространство!

Хотя выбор того, что использовать для потенциальных клиентов, является личным, несколько вещей могут значительно облегчить жизнь. Многие люди будут использовать медный провод и делать свои собственные выводы, но я предпочитаю макетные перемычки, которые можно дешево купить в Интернете. Перемычки сделаны из проволочных жил, а не из жесткой медной проволоки, и имеют на конце штифт для удобства использования. Преимущество жил в том, что проводка намного более гибкая, поэтому вы с меньшей вероятностью разорвете соединение и большую гибкость в маршрутизации. Последнее замечание о проводке: очень полезно «цветовой код» вашей проводки таким образом, чтобы вам было легко отслеживать ее (левый рисунок выше). Например, мне нравится использовать красный и черный проводки для положительного и отрицательного напряжения (соответственно), я часто использую серый или оранжевый для общего заземления, синий для входного сигнала и белый или желтый для внутренних переходов. Если у вас есть несколько источников питания, а также входы от генератора сигналов, полезно сделать бирки для ваших проводов и пометить их, чтобы в дальнейшем обеспечить правильное соединение.

Когда дело доходит до следования схематической диаграмме, все намного проще, если вы размещаете свои компоненты на плате как можно ближе к компоновке на схеме. Таким образом, вы можете сразу увидеть значения компонентов, а также упростить отслеживание маршрутов сигналов / устранение неисправностей. Лаборатории в большинстве школ часто рекомендуют вам измерить напряжение или ток в определенной точке цепи; в этих случаях наличие вашей схемы, физически отражающей схему, - ОГРОМНАЯ помощь! Наконец, когда вы переходите к более сложным и продвинутым схемам, важно держать более чувствительные компоненты (например, интегральные схемы) вдали от катушек индуктивности, реле и других компонентов, где они могут быть повреждены магнитными полями.

Если схема, которую вы строите, имеет одну (или несколько) интегральных схем, количество компонентов и выводов, необходимых для построения схемы, может быстро стать довольно беспорядочным. Чтобы уменьшить беспорядок и упростить себе жизнь, часто бывает полезно разместить интегральную схему подальше от всего остального на плате и разместить другие компоненты с выводами к контактам IC. таким образом потом намного легче расшифровать вещи. Если позже схема будет иметь постоянную форму, вы можете объединить все, чтобы уместить ее в меньшее пространство.

Шаг 4. Устранение основных неисправностей

Все хорошо - пока этого не произошло!

Итак, вы выполнили свою домашнюю работу, вы разбираетесь в своих компонентах, и схема построена в точности так, как показано в инструкциях. Щелкните выключателем питания… и… НИЧЕГО! Нередко строят небольшую схему и впоследствии обнаруживают, что что-то не так. Все это часть учебного процесса. Знание того, с чего начать поиск и устранение неисправностей, может уменьшить неприятности и раздражение, связанные с проблемами.

Источник питания: обычно лучше начинать поиск и устранение неисправностей с обеспечения подачи питания на цепь. Если схема работает от батареи, используйте мультиметр, чтобы проверить напряжение и убедиться, что их «сока» достаточно для питания схемы. Если используется источник питания, следует учитывать множество факторов:

Режим источника питания: многие источники питания могут обеспечивать постоянный ток (cc) или постоянное напряжение (cv). Важно убедиться, что выбрана правильная настройка для правильной работы. Большинство небольших проектов будут подключены к источнику питания в режиме постоянного напряжения

Земля / отрицательное напряжение: если ваш проект работает от батареи, это вряд ли будет проблемой. При использовании источника питания часто к цепям прилагается отрицательное напряжение (например, к операционному усилителю), а также имеется общая земля. Здесь важно понимать разницу и НЕ рассматривать отрицательное напряжение и общую землю как взаимозаменяемые

Настройки источника питания: если подается отрицательное напряжение, убедитесь, что вы знаете, как отрегулировать настройки источника питания. Это зависит от производителя, но обычно выполняется с помощью переключателей на передней панели устройства. В первый раз, когда я использовал источник питания для подачи -12 В на операционный усилитель, мне не удалось проверить, что настройки напряжения были отрегулированы как для +, так и для - источника. Как следствие, я потратил больше часа на восстановление / перепроверку моей схемы

Конфигурация схемы

Выполните сравнение схемы и схемы, если вы построили схему, отражающую схему в компоновке, этот шаг намного проще.

Проверьте ориентацию полярных компонентов (диодов, конденсаторов, транзисторов)

Убедитесь, что выводы компонентов не соприкасаются, создавая условия короткого замыкания

Проверьте клеммные колодки, убедитесь, что все выводы компонентов и провода надежно вставлены в точку контакта и что все компоненты, которые должны образовывать соединение, действительно делают это. Легко случайно перебраться на другую клеммную колодку, когда что-то захламляется. Это создает разрыв (или разрыв цепи)

Если все в порядке с питанием, ориентацией компонентов и проводкой, начинайте подозревать неисправный компонент. Если в схеме есть микросхема, иногда просто ее замена может решить проблему. Кроме того, если вы находитесь в лаборатории и перерабатываете компоненты, вы можете обнаружить, что у вас неисправный конденсатор, диод или транзистор, которые группа ранее подключила неправильно и разрушила

Вышеупомянутые шаги должны решить многие проблемы, возникающие при построении базовой схемы, но если все выглядит хорошо и все еще не работает, возможно, пришло время сломать все, перепроверить все значения резисторов и проверить все компоненты, которые возможность тестирования на имеющемся оборудовании. Большинство схематических диаграмм - особенно те, которые используются для лабораторных работ в академической среде - были созданы и проверены несколько раз, поэтому маловероятно, что проблема заключается в схематическом дизайне. Однако, если вы создаете прототип своей собственной схемы и не можете решить проблемы путем устранения неисправностей, может быть наиболее полезным вернуться к чертежной доске и проанализировать вашу модель схемы на предмет дефектов.

Шаг 5: не сдавайтесь

При построении небольших схем очень легко разочароваться. Существует буквально бесчисленное множество вариантов того, как что-то может пойти не так. Некоторые проблемы решить гораздо сложнее, чем другие. Хотя легче сказать, чем сделать, не позволяйте разочарованию омрачить суждение. Сделайте шаг назад, успокойтесь и оцените ситуацию с логической точки зрения. Я несколько раз чуть не выходил из лаборатории из-за разочарования только для того, чтобы обнаружить, что один провод где-то был отключен или выход сигнала не был включен. Чаще всего проблема в цепи - это всего лишь небольшая деталь. Выполнение логических и методических шагов для оценки схемы и определения проблемы обычно приводит к ее разрешению. Есть так много аспектов электроники, которые нужно исследовать, не позволяйте неудачам или неудачам отказаться от этого полезного начинания!