Breadboard - Breadboard

Este artigo é sobre eletrônica. Para outros usos, consulte Breadboard (desambiguação) .
Equivalente elétrico
Placa de ensaio sem solda de 400 pontos
A placa de circuito impresso (PCB) de 400 pontos com espaçamento furo a furo de 0,1 pol. (2,54 mm) é eletricamente equivalente à placa de ensaio sem solda mostrada acima.

Um protoboard , ou protoboard, é uma base de construção para prototipagem de eletrônicos . Originalmente, a palavra se referia a uma tábua de pão literal, um pedaço de madeira polido usado para fatiar pão. Na década de 1970, a breadboard sem solda ( também conhecida como plugboard , uma placa de conjunto de terminais) tornou-se disponível e hoje em dia o termo "breadboard" é comumente usado para se referir a elas.

Como a placa de ensaio sem solda não requer solda , ela é reutilizável. Isso o torna fácil de usar para criar protótipos temporários e fazer experimentos com projetos de circuitos. Por esse motivo, placas de ensaio sem solda também são populares entre os alunos e na educação tecnológica. Os tipos de placa de ensaio mais antigos não tinham essa propriedade. Uma stripboard ( Veroboard ) e placas de circuito impresso de prototipagem semelhantes , que são usadas para construir protótipos soldados semipermanentes ou únicos, não podem ser facilmente reutilizadas. Uma variedade de sistemas eletrônicos podem ser prototipados usando placas de ensaio, desde pequenos circuitos analógicos e digitais até unidades de processamento central completas (CPUs).

Em comparação com métodos de conexão de circuito mais permanente, as placas de ensaio modernas têm alta capacitância parasitária, resistência relativamente alta e conexões menos confiáveis, que estão sujeitas a choques e degradação física. A sinalização é limitada a cerca de 10 MHz e nem tudo funciona corretamente, mesmo bem abaixo dessa frequência.

Um uso comum na era do sistema em um chip (SoC) é obter um microcontrolador (MCU) em uma placa de circuito impresso pré-montada (PCB) que expõe uma matriz de pinos de entrada / saída (IO) em um cabeçalho adequado para conectar em uma placa de ensaio e, em seguida, prototipar um circuito que explora um ou mais dos periféricos do MCU, como entrada / saída de uso geral (GPIO), transceptores seriais UART / USART , conversor analógico-digital (ADC), digital- conversor para analógico (DAC), modulação por largura de pulso (PWM; usado no controle do motor ), Interface Periférica Serial (SPI) ou I²C .

O firmware é então desenvolvido para que o MCU teste, depure e interaja com o protótipo do circuito. A operação de alta frequência é então amplamente confinada ao PCB do SoC. No caso de interconexões de alta velocidade, como SPI e I²C, eles podem ser depurados em uma velocidade mais baixa e, posteriormente, reconectados usando uma metodologia de montagem de circuito diferente para explorar a operação em velocidade total. Um único SoC pequeno muitas vezes fornece a maioria dessas opções de interface elétrica em um formato pouco maior do que um grande selo postal, disponível no mercado americano de hobby (e em outros lugares) por alguns dólares, permitindo que projetos de placa de ensaio bastante sofisticados sejam criados a um custo modesto .

Evolução

Circuitos educacionais em blocos de madeira
Este rádio TRF dos anos 1920 fabricado pela Signal foi construído em uma placa de ensaio de madeira.
Exemplo de uso de uma "placa de ensaio" na construção de eletrônicos. Revista QST de agosto de 1922

Nos primórdios do rádio, os amadores pregavam fios de cobre desencapados ou tiras terminais em uma placa de madeira (muitas vezes, literalmente, uma placa para fatiar o pão) e soldavam componentes eletrônicos a eles. Às vezes, um diagrama esquemático de papel era primeiro colado à placa como um guia para colocar os terminais, depois os componentes e fios eram instalados sobre seus símbolos no esquema. Usar tachinhas ou pregos pequenos como postes de montagem também era comum.

As placas de ensaio evoluíram ao longo do tempo, e o termo agora é usado para todos os tipos de protótipos de dispositivos eletrônicos. Por exemplo, a Patente US 3.145.483, foi apresentada em 1961 e descreve uma placa de pão de madeira com molas montadas e outras instalações. A Patente US 3.496.419 foi apresentada em 1967 e refere-se a um layout particular de placa de circuito impresso como Placa de Circuito Impresso . Ambos os exemplos referem-se a e descrevem outros tipos de placas de ensaio como técnica anterior .

A placa de ensaio mais comumente usada hoje é geralmente feita de plástico branco e é uma placa de ensaio conectável (sem solda). Foi desenhado por Ronald J. Portugal em 1971.

Alternativas

Painel traseiro do wire wrap

Métodos alternativos para criar protótipos são a construção ponto a ponto (uma reminiscência das tábuas de pão de madeira originais), embalagem de arame , lápis de fiação e placas como o stripboard. Sistemas complicados, como computadores modernos que compreendem milhões de transistores , diodos e resistores , não se prestam à prototipagem usando placas de ensaio, pois seus projetos complexos podem ser difíceis de definir e depurar em uma placa de ensaio.

Os projetos de circuitos modernos são geralmente desenvolvidos usando um sistema de captura e simulação esquemática e testados em simulação de software antes que os primeiros circuitos de protótipo sejam construídos em uma placa de circuito impresso . Projetos de circuitos integrados são uma versão mais extrema do mesmo processo: uma vez que produzir protótipos de silício é caro, extensas simulações de software são realizadas antes de fabricar os primeiros protótipos. No entanto, as técnicas de prototipagem ainda são usadas para algumas aplicações, como circuitos de RF ou onde os modelos de software dos componentes são inexatos ou incompletos.

Também é possível usar uma grade quadrada de pares de orifícios, onde um orifício por par se conecta à sua linha e o outro se conecta à sua coluna. Essa mesma forma pode ser um círculo com linhas e colunas, cada uma espiralando no sentido horário / anti-horário.

Placa de ensaio sem solda

Especificações típicas

Um soquete de placa de ensaio moderno sem solda (inventado por Ronald J Portugal para E&L Instruments, Derby CT) consiste em um bloco de plástico perfurado com numerosos clipes de mola de bronze fosforoso estanhado ou liga de níquel prata sob as perfurações. Os clipes são freqüentemente chamados de pontos de ligação ou pontos de contato . O número de pontos de empate geralmente é fornecido na especificação do breadboard.

O espaçamento entre os clipes (passo de chumbo) é normalmente de 0,1 polegadas (2,54 mm). Os circuitos integrados (ICs) em pacotes em linha duplos (DIPs) podem ser inseridos para abranger a linha de centro do bloco. Os fios de interconexão e os condutores de componentes discretos (como capacitores , resistores e indutores ) podem ser inseridos nos orifícios livres restantes para completar o circuito. Onde ICs não são usados, componentes discretos e fios de conexão podem usar qualquer um dos orifícios. Normalmente, os clipes de mola são classificados para 1 ampere a 5 volts e 0,333 amperes a 15 volts (5 watts ). A borda da placa tem entalhes macho e fêmea em cauda de andorinha para que as placas possam ser presas juntas para formar uma grande protoboard.

Tiras de ônibus e terminais

Placas de ensaio sem solda conectam pino a pino por tiras de metal dentro da placa de ensaio. O layout de uma placa de ensaio sem solda típica é composto de dois tipos de áreas, chamadas de tiras. As tiras consistem em terminais elétricos interconectados.

Placa de ensaio consistindo apenas em tiras de terminais, mas sem tiras de ônibus
Tiras terminais
As áreas principais, para conter a maioria dos componentes eletrônicos.
No meio de uma tira terminal de uma placa de ensaio, normalmente se encontra um entalhe correndo em paralelo ao lado comprido. O entalhe é para marcar a linha de centro da tira terminal e fornece fluxo de ar limitado (resfriamento) para CIs DIP abrangendo a linha de centro. Os clipes à direita e à esquerda do entalhe são, cada um, conectados de maneira radial; normalmente, cinco clipes (ou seja, abaixo de cinco orifícios) em uma fileira em cada lado do entalhe são eletricamente conectados. As cinco colunas à esquerda do entalhe são frequentemente marcadas como A, B, C, D e E, enquanto as da direita são marcadas F, G, H, I e J. Quando um dual "magro" circuito integrado de pacote de pinos de linha (DIP) (como um DIP-14 ou DIP-16 típico, que tem uma separação de 0,3 pol. (7,6 mm) entre as fileiras de pinos) é conectado a uma placa de ensaio, os pinos de um lado do o chip deve ir para a coluna E enquanto os pinos do outro lado vão para a coluna F do outro lado do entalhe. As linhas são identificadas por números de 1 a tantos quantos o design da placa de ensaio for possível. A maioria das placas de ensaio são projetadas para acomodar 17, 30 ou 64 linhas nas configurações mini, meia e completa, respectivamente.
Placa de ensaio sem solda com tiras de barramento duplo em ambos os lados
Faixas de ônibus
Para fornecer energia aos componentes eletrônicos.
Uma faixa de barramento geralmente contém duas colunas: uma para aterramento e outra para uma tensão de alimentação. No entanto, algumas placas de ensaio fornecem apenas um barramento de distribuição de energia de coluna única em cada lado comprido. Normalmente, a linha destinada a uma tensão de alimentação é marcada em vermelho, enquanto a linha para o aterramento é marcada em azul ou preto. Alguns fabricantes conectam todos os terminais em uma coluna. Outros apenas conectam grupos de, por exemplo, 25 terminais consecutivos em uma coluna. O último projeto fornece ao projetista do circuito um pouco mais de controle sobre a diafonia (ruído indutivamente acoplado) no barramento da fonte de alimentação. Freqüentemente, os grupos em uma faixa de ônibus são indicados por lacunas na marcação colorida.
As faixas de ônibus normalmente percorrem um ou ambos os lados de uma faixa de terminais ou entre as faixas de terminais. Em placas de ensaio grandes, faixas de ônibus adicionais podem ser encontradas na parte superior e inferior das faixas de terminais.
Observe que há dois alinhamentos comuns diferentes para as réguas de barramento de força. Em placas pequenas, com cerca de 30 filas, os orifícios do barramento de força costumam estar alinhados entre os orifícios de sinal. Em placas maiores, com cerca de 63 filas, os orifícios da faixa do barramento de força costumam estar alinhados com os orifícios de sinal. Isso torna alguns acessórios projetados para um tipo de placa incompatível com o outro. Por exemplo, alguns adaptadores Raspberry Pi GPIO para placa de ensaio usam pinos de alimentação alinhados com deslocamento, fazendo com que não se encaixem em placas de ensaio com linhas de barramento de alimentação alinhadas. Não existem padrões oficiais, então os usuários precisam prestar atenção extra à compatibilidade entre um modelo específico de placa de ensaio e um acessório específico. Os fornecedores de acessórios e placas de ensaio nem sempre são claros em suas especificações sobre o alinhamento que usam. Ver uma fotografia de perto do arranjo pino / orifício pode ajudar a determinar a compatibilidade.
Dentro de uma tira de placa de ensaio sem solda

Alguns fabricantes fornecem barramentos separados e tiras de terminais. Outros fornecem apenas blocos de breadboard que contêm ambos em um bloco. Freqüentemente, tiras ou blocos de protoboard de uma marca podem ser presos juntos para fazer um protoboard maior.

Em uma variante mais robusta, uma ou mais tiras do breadboard são montadas em uma folha de metal. Normalmente, essa folha de suporte também contém vários postes de encadernação . Esses postes fornecem uma maneira limpa de conectar uma fonte de alimentação externa. Este tipo de placa de ensaio pode ser um pouco mais fácil de manusear. Várias imagens neste artigo mostram essas placas de ensaio sem solda.

Diagrama

Uma tira de placa de ensaio de terminal de "tamanho real" normalmente consiste em cerca de 56 a 65 fileiras de conectores, cada fileira contendo os dois conjuntos de clipes conectados acima mencionados (A a E e F a J). Juntamente com as faixas de barramento em cada lado, isso constitui uma placa de ensaio sem solda de ponto de amarração típica de 784 a 910. As tiras de "tamanho pequeno" normalmente vêm com cerca de 30 linhas. Placas de ensaio em miniatura sem solda de até 17 linhas (sem faixas de barramento, 170 pontos de amarração) podem ser encontradas, mas são adequadas apenas para designs pequenos e simples.

Fios de salto

Fios de salto 22AWG trançados com pontas sólidas

Os fios de ligação (também chamados de fios de ligação) para breadboarding sem solda podem ser obtidos em conjuntos de fios de ligação prontos para uso ou podem ser fabricados manualmente. O último pode se tornar um trabalho tedioso para circuitos maiores. Os fios auxiliares prontos para uso vêm em diferentes qualidades, alguns até com minúsculos plugues presos às extremidades dos fios. O material do fio de salto para fios prontos ou caseiros deve geralmente ser de cobre sólido 22  AWG (0,33 mm 2 ), fio folheado a estanho - assumindo que nenhum plugue minúsculo deva ser conectado às extremidades do fio. As extremidades dos fios devem ser descascadas 3 ⁄ 16 a 5 ⁄ 16  pol. (4,8 a 7,9 mm). Fios descascados mais curtos podem resultar em mau contato com os clipes de mola da placa (o isolamento fica preso nas molas). Fios descascados mais longos aumentam a probabilidade de curto-circuitos na placa. Alicates e pinças de ponta fina são úteis ao inserir ou remover fios, especialmente em placas lotadas.

Fios de cores diferentes e disciplina de codificação de cores costumam ser seguidos para manter a consistência. No entanto, o número de cores disponíveis é normalmente muito menor do que o número de tipos de sinais ou caminhos. Normalmente, algumas cores de fio são reservadas para as tensões de alimentação e aterramento (por exemplo, vermelho, azul, preto), alguns são reservados para os sinais principais e o restante é usado simplesmente onde for conveniente. Alguns conjuntos de fios de salto prontos para uso usam a cor para indicar o comprimento dos fios, mas esses conjuntos não permitem um esquema de codificação de cores significativo.

Placas de ensaio avançadas sem solda

Alguns fabricantes fornecem versões de ponta de placas de ensaio sem solda. Normalmente, são módulos de placa de ensaio de alta qualidade montados em uma caixa plana. O invólucro contém equipamento adicional para breadboarding, como uma fonte de alimentação , um ou mais geradores de sinal , interfaces seriais , display LED ou módulos LCD e sondas lógicas .

Módulos de placa de ensaio sem solda também podem ser encontrados montados em dispositivos como placas de avaliação de microcontroladores . Eles fornecem uma maneira fácil de adicionar circuitos periféricos adicionais à placa de avaliação.

Altas frequências e insetos mortos

Para desenvolvimento de alta frequência, uma placa de ensaio de metal oferece um desejável plano de aterramento soldável, geralmente uma peça não esticada de placa de circuito impresso; circuitos integrados às vezes são presos de cabeça para baixo na placa de ensaio e soldados diretamente, uma técnica às vezes chamada de construção de " bug morto " por causa de sua aparência. Exemplos de bug morto com construção no plano do solo são ilustrados em uma nota de aplicação da Linear Technologies.

Limitações

Circuito complexo construído em torno de um microprocessador
Protótipo de pré-amplificador de microfone construído com componentes SMD soldados a placas adaptadoras SIP ou DIL .

Devido à capacitância parasita relativamente grande em comparação com um PCB devidamente disposto (aproximadamente 2 pF entre colunas de contato adjacentes), alta indutância de algumas conexões e uma resistência de contato relativamente alta e não muito reproduzível , as placas de ensaio sem solda são limitadas à operação em frequências relativamente baixas, geralmente menos de 10  MHz , dependendo da natureza do circuito. A resistência de contato relativamente alta já pode ser um problema para alguns circuitos CC e de frequência muito baixa. As placas de ensaio sem solda são ainda mais limitadas por suas classificações de tensão e corrente.

Placas de ensaio sem solda geralmente não podem acomodar dispositivos de tecnologia de montagem em superfície (SMD) ou componentes com espaçamento de grade diferente de 0,1 pol. (2,54 mm). Além disso, eles não podem acomodar componentes com várias linhas de conectores se esses conectores não corresponderem ao layout duplo em linha - é impossível fornecer a conectividade elétrica correta. Às vezes, pequenos adaptadores de PCB chamados "adaptadores breakout" podem ser usados ​​para encaixar o componente na placa. Esses adaptadores carregam um ou mais componentes e têm pinos conectores macho espaçados de 0,1 pol. (2,54 mm) em um único layout em linha ou em linha dupla, para inserção em uma placa de ensaio sem solda. Componentes maiores são normalmente conectados a um soquete no adaptador, enquanto componentes menores (por exemplo, resistores SMD) são normalmente soldados diretamente no adaptador. O adaptador é então conectado à placa de ensaio por meio dos conectores de 0,1 pol. (2,54 mm). No entanto, a necessidade de soldar os componentes no adaptador anula algumas das vantagens de usar uma placa de ensaio sem solda.

Circuitos muito complexos podem se tornar incontroláveis ​​em uma placa de ensaio sem solda devido à grande quantidade de fiação necessária. A própria conveniência de conectar e desconectar facilmente também torna muito fácil perturbar acidentalmente uma conexão, e o sistema se torna não confiável. É possível prototipar sistemas com milhares de pontos de conexão, mas muito cuidado deve ser tomado na montagem cuidadosa, e tal sistema se torna não confiável à medida que a resistência de contato se desenvolve com o tempo. Em algum ponto, sistemas muito complexos devem ser implementados em uma tecnologia de interconexão mais confiável, para ter a probabilidade de funcionar por um período de tempo utilizável.

Leitura adicional

Patentes
  • Patente US 231708, depositada em 1880, " Quadro de interruptores elétricos ".
  • Patente US 2477653, depositada em 1943, " Primary electrical training test board aparato ".
  • Patente US 2568535, depositada em 1945, " Board for demonstrating electric circuits ".
  • Patente US 2885602, depositada em 1955, " Modular circuit fabrication ".
  • Patente dos EUA 3062991, depositada em 1958, " Sistema de circuito de anexação e desconexão rápida ".
  • Patente US 2983892, depositada em 1958, " Montagem de conjuntos para circuitos elétricos ".
  • Patente US 3085177, depositada em 1960, " Dispositivo para facilitar a construção de aparelhos elétricos ".
  • Patente US 3078596, apresentada em 1960, " Circuit assembly board ".
  • Patente US 3145483, depositada em 1961, " Placa de teste para circuitos eletrônicos ".
  • Patente US 3277589, depositada em 1964, " Electrical experiment kit ".
  • Patente US 3447249, depositada em 1966, " Electronic building set ". Raytheon Lectron .
  • Patente US 3496419, depositada em 1967, " Printed circuit breadboard ".
  • Patente US 3540135, depositada em 1968, " Educational training aids ".
  • Patente US 3733574, depositada em 1971, " Miniature tandem spring clips ".
  • Patente US D228136, depositada em 1971, " Breadboard for electronic components or the like ". Tábua de pão moderna.

Veja também

Referências

links externos