如何使用面包板

简介

在学习如何搭建电路时,面包板是最基础的零件之一。在这篇教程,你将能学到一些关于面包板的知识:为什么什么它们叫面包板以及如何使用面包板。

A Breadboard

建议阅读

在学习面包板之前,你可能想要探索以下教程和概念:


历史

在上世纪60年代以前,如果你想搭建一个电路,你很有可能会用一种叫做绕线连接(wire-wrap)的技术。绕线连接是将金属导线环绕在导体柱的过程,被环绕的导体柱插在一块穿洞板上。就像你看到的下图,这种方法很快会变得复杂起来。虽然这种方法在今天仍然使用,但是已经有一种让电路测试更容易的方法————面包板。

wire-wrap circuit

绕线连接电路(图片来自维基百科用户Wilinaut)

名字的含义

当你在头脑里想象面包板这个词时,你的脑海里可能会浮现一大块木板,木板上有一块新鲜的烘焙面包。你的想象力不会偏离太远。

A literal breadboard

放在面包板上的面包

那么为什么这块用来建立电路的电子原件叫面包板呢?在很多年以前,电子产品又大又笨重,人们会收集他们老妈的面包板、少量的钉子和按钉,开始在板子上连接导线,为他们自己创建一个电路平台。

Circuit built on literal breadboard

一块“原汁原味”的面包板上的电路 (来自 mischka 的 literal breadboard tutorial)

从那以后,电子部件变小了很多,我们也想出更好的连接电路的方法,这让全世界妈妈们都很高兴,因为她们终于能拿回自己的面包板了。然而,我们无法摆脱这令人困惑的名字。技术上,这些依然是面包板,只不过它们是更加时尚的免焊面包板。


为什么我们使用面包板?

我们所说的电路面包板通常是指免焊面包板。这些都是制作临时电路和测试原型的最好元件,他们是绝对不需要焊接的。

测试原型,一种通过创建初始模型来测试想法的过程,而这个模型由其他形式开发或复制,这是面包板最广泛的用途。如果你不确定一个电路在给定参数的设置下会如何反应,建立一个测试原型去检测它是最好的。

对于那些电子电路的入门者,面包板是一个很好的开始。面包板的优美之处在于,它能同时容纳最简单和最复杂的电路。正如你会在文章的后面看到的那样,如果你的电路不能被当前的面包板所容纳,你能够拼接其他板子来适应所有大小和复杂度不同的电路。

另外一个普遍的用途是测试新模块,比如集成电路(ICs)。当你尝试掌握某个模块如何工作并且需要多次重新布线,你肯定不想每次都焊接电路接口。

正如所提及的,你不总是想建立一个永久电路。当尝试复制一个客户遇到的问题时,SparkFun的技术支持团队通常会用面包板去建立、测试以及分析电路。他们连接客户拥有的那部分电路,一旦他们建立起电路并发现问题,他们将每一部分拆开,放在一旁,为做一些故障排除做准备。

A circuit built on a solderless breadboard

一个建立在免焊面包板上的电路


解剖面包板

面包板主要特征

面包板主要特征(图片内容:接线柱,双列直插式封装支持,电源轨,终端带)

探索面包板如何工作的最好方法是将它解体,看看它里面是什么。使用一个小型面包板更容易看清楚它们是如何工作的的。

终端带

这里有一块面包板,它后面的黏贴纸被撕去了。你可以看到很多在底部的平行金属条。

SparkFun Mini Breadboard

一块SparkFun的迷你面包板正面(左)以及拆除了黏合板的背面(右)

金属条的顶部有一个小夹子。这些夹子能将一条导线或某个部件的引脚固定在塑料洞上,使它们放置在适当的位置上。

Clip

从面包板移除出来的导体金属条。

一旦插入,这个部件就和该行的其它地方电气相连。这是因为金属条是可导的,能够让电流通过金属条的任何地点。

你应该注意到这个金属条上只有五个夹子。对于大多数面包板来说这是典型的设置。因此,你最多能有五个部件连接在面包板的同一行上。每一行有十个洞,但是为什么你只能够连接最多五个部件呢?你一定同时注意到互相平行的行被一个在面包板中间的凹槽隔离了。这条沟壑将一行分了开来,使它们断开。待会我们会讨论这样设置的目的,但是现在,你只需要知道每一边的行并不与对方相连,让你只能在每一边上使用五个部件。

LED in Breadboard

一个插进面包板的发光二极管。请注意,二极管的两只引脚分别处于分隔带的两边。这阻止了二极管的短路连接。

电源轨

我们已经了解过面包板如何建立连接,接下来我们看一个更大、更典型的面包板。在平行的行的两侧,面包板通常有电源轨,它们处于面包板的两侧。

Front and back, medium breadboard with power rails exposed

一个中型面包板,它后面的黏合板被移除了,呈现处电源轨。

这些金属电源轨与垂直的金属条区别开来,但是它们是贯通的。在建立电路时,你应当在许多地方需要电源。电源轨让你在需要时随时可以提供电源。为了标识正极或负极,它们通常被标上红色的“+”和蓝色的“-”。

有一点非常重要:每一侧的电源轨是不相连的。因此,如果你想两侧使用同一个电源,你需要用一些跳线连接两侧。记住,标志只是一种参考。没有规则规定你只能将电源正极插进“+”轨将负极插入“-”轨,虽然这是让所有事情保持次序的良好方法。

Jumper wires connecting both sides of the power rails

两条用于连接两侧电源轨的跳线,总是正极轨和正极轨相连,负极轨和负极轨相连。

双列直插式封装(DIP)支持

先前我们提及了将面包板分成两侧的塑料带。这条塑料带有一个非常重要的目的。许多集成电路,通常指ICs或简单的芯片,被特定地制造成能够配合面包板。为了尽量减少它们在面包板上占据的空间,它们使用双列直插式封装形式(DIP)。

alt text

两个DIP集成电路,LM358(上),一个非常普遍的运算放大器,以及更加流行的ATmega328微控制器(下)

行和列

你应该注意到面包板上大多数的行和列都标有数字或字母。除了指导你建立电路,这些标志别无它用。电路很快就建立起来了,但是只要有任何一个引脚连接错误,就能使整个电路出错或不工作。如果你知道行号,你就能很轻易地将引脚接在正确的位置,这比起目测法优越太多了。

使用说明手册也很有用,比如包含在SparkFun创意包里的册子。许多书籍和向导都有帮助你建立电路的电路图解。请记住,你所建立的电路不一定要和书本上的一模一样。事实上,就连看起来相似也不需要。只要电路能够正确连接,你能按照你喜欢的方式建立电路。

接线柱

一些面包板的平台上连接着接线柱。这些接线柱允许你连接所有类型的电源到你的面包板上。在接下来的章节,我们会详细讲述这一内容。

其他特点

在建立电路时,你并没有被限制在一个面包板上。一些电路会需要更大的空间。大多数面包板的侧边会有凸起的方块和凹进去的槽,甚至有一些在板的顶部和底部。这些特点允许你连接更多的面包板载一起,以形成不限制大小的测试板面。

Four SparkFun mini breadboards connected togethe

四个SparkFun迷你面包板拼接在一起。

一些面包板的背面会有黏合板,让不同的板子能够连接在一起。如果您想将面包板连接到机箱或其他工程机箱的内部,这些功能将派上用场。

*一些更大的面包板通常会将面包板的电源轨的一半与另一半隔开。这对于你为电路提供不同的电压(比如3.3V或5V)是很方便的。 然而,如果你不知道电源轨是否被隔离,在构建电路时很容易出问题。用万用表来检测电源轨的连续性是一个不错的主意。

为面包板提供电源

当你需要为你的面包板提供电源时,有以下几种选择。

借用其他电源

如果你正在使用一个Arduino开发板,那么你可以轻易地从板子的母头得到电源。Arduino有多个电源和地引脚,你可以将它们和面包板的电源轨或其他行相连。

Sharing power with an Arduino

Arduino上的地引脚与迷你面包板上的某行相连。现在,与这一行连接的任何引脚等价于与地相连。

Arduino通常通过USB线与电脑连接或用一个外部电源得到电源。

接线柱

正如在前面所提到的,一些面包板具有接线柱,能够连接外部电源。

要使用接线柱的第一步是利用跳线将它们和面包板连接。虽然看起来接线柱和面包板连接了,但是其实并没有。正如我们所了解的,面包板是规范化生产的,所以接线柱也应该没什么不同。

接下来,我们要用导线将接线柱和面包板连接起来。为此,将接线柱拧开,直到你能完全看到柱子上的穿孔,将金属线放在孔中,拧紧接线柱。

Conneting wire to the binding posts

通常地,你只需要从接线柱连接一根电源线和地线。如果你需要使用内部电源,你可以选择第三个柱子。

现在,你的接线柱已经和面包板连接了,但是还没有电源。你可以用几种方法将电送到接线柱,从而给面包板上电。

工作台电源

许多电子实验室具备能够提供范围很广的电压的工作台电源。使用香蕉接头能将电从供应处送到接线柱。

A breadboard being powered through the binding posts from banana cables

香蕉线与接线柱连接,为面包板供电。

另外,你还可以使用鳄鱼夹,IC挂钩,或其他有香蕉接头的电线将你的面包板和几个不同的电源相连接。

A breadboard being powered through the binding posts with a barrel jack

两根导线焊接在一个接口上。如果你的面包板没有接线柱,你可以直接将接口的两根导线连到面包板上。

面包板电源

其他为你的面包板供电的方法是面包板电源。SparkFun提供一些模块,让你能够直接地为面包板提供电源。一些能够让你使用USB从电脑将电送到面包板。大多数模块都能自动调整电压以适应你的电路要求,这让你有一个比较宽的电压选择范围。

A SparkFun USB Breadboard Power Supply

一SparkFun的USB电源电源模块,能使面包板连接上3.3V到5V的电源。


构建第一个面包板电路

现在,我们已经知道了面包板的内部结构以及如何提供电源。接下来我们要干什么呢?我们将要建立一个简单的电路。

需要的物资

这里有一个本电路的部分物资清单。如果你有其他电路元件,你可以尝试自由地改动电路。记住,并不是只有唯一的一种方式建立给定的电路。大部分都有许多不同的方法去建立同一个电路。

此物料清单是假定你没有任何的工具和元件并且想要数量可观的物资。举个例子,你可能只需要一个发光二极管,但是我们列出了20个的数量。你可能不需要那么多数量,但是你可能会一直玩这个电路,当你需要的时候会特别方便。如果你不想要那么多数量的物资,你可以检查产品页底部一个叫“相关产品”的部分,然后你就能找到最少需要的数量。还有,面包板电源没有线头,如果你知道怎样焊接并有工具,你自己焊接线头吧。如果没有,就请在物料清单加上焊接好的接线头。

建立电路

Picture of Circuit

一个简单的电路,包括一个按钮,一个发光二极管,一个电阻。用两种方式建立。

你看到的红色的面包板电源,为面包板提供了5V的电源,而本身与9V的电源连接。

电路设计:

  • 一根导线将5V的电源轨与正极连接,发光二极管的阳脚与电源轨连接。
  • LED的阴极与330欧姆的电阻连接。
  • 电阻与一个按钮连接。
  • 按钮与地端相连,当按下按钮,电路为通路,有电流产生,LED发光。

电路示意图

在另一篇导文理我们介绍了如何阅读电路示意图。然而对于建立电路来说这是非常重要的,我们在这里也会稍微提及如何阅读电路示意图。

电路示意图是一种能够让全世界的人明白并建立电路的通用图解。每一种电路元件都有独一无二的电路符号。这些符号组成大量的电路图。你能徒手将它们画出来。如果你想深入地了解电子电路的建立,学习如何阅读电路图是非常重要的一步。

在这里,我们有一张关于上述电路的电路图。图中箭头上方指明这是5V的电源,然后线路连接到LED(一个三角形和一根线,并发射出箭头)。LED然后连接到了电阻,紧接着是开关,也就是按钮。最后按钮与地相连(底下平行的直线)。

Schematic

这看起来像一个有趣的画电路图的方法,但是即使是这样基础过程也是人们探索几十年的结果。电路图使不同国家、不同语言的人能建立任何一个人建立的电路。如前面说提到的,你可以有不同的方法建立一个电路,但是某些元件的连接是唯一确定的。从这个电路图中发散你的思维,你可以建立一个完全不一样的电路。

熟能生巧

最后一点要告诉你的知识是,你有无数的资源和方法建立一个电路而完全不适用面包板。一个非常普遍的方法就是使用SparkFun的 Fritzing。Fritzing是一个让你能在虚拟面包板上建立电路的开放平台。它能为你建立的电路提供所有的电路图。在这里我们能看到用Fritzing建立的同样的电路。

Fritzing Diagram

绿色的线表示处于不同行和列上的元件是相连的。


购买电路板

一个极好的开始是购买一块面包板作为工具包的一部分。 SparkFun的发明者工具包 包含所有能让你完成16种不同的路的材料/我们同时列举了一些少量的基础的不同大小的面包板,可能对你的项目有作用。

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资源和深入学习

希望你能较好地理解什么事面包板以及它如何工作。现在真正有趣的事情开始了。我们准备用面包板建立测试电路。这里有一些对你有帮助的教程,是关于一些电子元件和建立电路的知识的。

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