Кіріспе
Электрониканы тікелей қосылым арқылы, дәнекерлеусіз сымдауға мүмкіндік беретін, ішкі ұстағыштары бар тақта. Брэдборд, дәнекерленбеген брэдборд немесе прототиптік тақта – электрондық схемалардың жартылай тұрақты прототиптерін құруға арналған құрылымдық база. Перфорациялық тақтадан (перфборд) немесе жолақты тақтадан (стрипборд) айырмашылығы, брэдбордтарға дәнекерлеу немесе іздерді бұзу қажет емес, сондықтан оларды қайта пайдалануға болады. Осы себепті, брэдбордтар студенттердің және технологиялық білім берудің де арасында танымал. Брэдбордтарды пайдалану арқылы кішкентай аналогтық және цифрлық схемалардан бастап, толық орталық процессорларға (CPU) дейін әртүрлі электрондық жүйелердің прототиптерін жасауға болады. Тұрақты схемалық қосылымдармен салыстырғанда, қазіргі заманғы брэдбордтардың паразиттік сыйымдылығы жоғары, салыстырмалы түрде жоғары кедергісі және физикалық тозуға бейім, сенімсіз қосылымдары бар. Сигнал беру жиілігі шамамен 10 МГц-қа дейін шектеледі, тіпті осы жиіліктен де төменде кейбір элементтер дұрыс жұмыс істемейді.
electronics
A breadboard, solderless breadboard, or protoboard is a construction base used to build semi permanent prototypes of electronic circuits. Unlike a perfboard or stripboard, breadboards do not require soldering or destruction of tracks and are hence reusable. For this reason, breadboards are also popular with students and in technological education. A variety of electronic systems may be prototyped by using breadboards, from small analog and digital circuits to complete central processing units (CPUs). Compared to more permanent circuit connection methods, modern breadboards have high parasitic capacitance, relatively high resistance, and less reliable connections, which are subject to jostle and physical degradation. Signaling is limited to about 10 MHz, and not everything works properly even well below that frequency.
Тарих
Радионың алғашқы күндері әуесқойлар мыс сымдарды немесе терминал таспаларын ағаш тақтаға (көбінесе нан кесетін тақтаға) бекітіп, оларға электрондық компоненттерді дәнекерлеген. Кейде қағаз схемасы алдымен терминалдарды орналастыруға арналған нұсқау ретінде тақтаға жабыстырылып, содан кейін компоненттер мен сымдар схемадағы олардың белгішелерінің үстіне орнатылған. Кішкентай гвоздиктер мен шегелер тіреу тіректері ретінде де қолданылған. Нан тақталары уақыт өте келе дамып, қазір бұл термин барлық электрондық құрылғылардың прототиптері үшін қолданылады. Мысалы, АҚШ патенті 3,145,483, АҚШ патенті 2477653, 1943 жылы тіркелген, "Басқарылатын электрлік оқу сынақ тақтасы аппараты". АҚШ патенті 2592552, 1944 жылы тіркелген, "Электрлік оқу тақтасы". АҚШ патенті 2568535, 1945 жылы тіркелген, "Электр тізбектерін көрсетуге арналған тақта". АҚШ патенті 2885602, 1955 жылы тіркелген, "Модульді тізбек құрастыру", National Cash Register (NCR). 1958 жылы тіркелген АҚШ патенті 3062991, "Жылдам орнату және ажырату тізбек жүйесі". 1958 жылы тіркелген АҚШ патенті 2983892, "Электр тізбектерін монтаждау жиынтығы". АҚШ патенті 3085177, 1960 жылы тіркелген, "Электр аппаратын құрастыруды жеңілдету құрылғысы", DeVry Technical Institute. АҚШ патенті 3078596, 1960 жылы тіркелген, "Тізбек құрастыру тақтасы". 1961 жылы тіркелген АҚШ патенті 3145483, "Электрондық тізбектерді сынау тақтасы". АҚШ патенті 3277589, 1964 жылы тіркелген, "Электрлік эксперимент жиынтығы". АҚШ патенті 3447249, 1966 жылы тіркелген, "Электрондық құрылыс жиынтығы". Lectron блоктары / доминоларын қараңыз. АҚШ патенті 3496419, 1967 жылы тіркелген, "Баспалы тізбек тақтасы". 1968 жылы тіркелген АҚШ патенті 3540135, "Оқу-оқыту құралдары". АҚШ патенті 3733574, 1971 жылы тіркелген, "Миниатюралық тандемді серіппелі қысқыштар", Vector Electronics. 1971 жылы тіркелген АҚШ патенті D228136, "Электрондық компоненттерге немесе осыған ұқсас заттарға арналған нан тақтасы", E&L Instruments. Бұл – қазіргі заманғы дәнекерлеусіз нан тақтасы.
US Patent 2477653, filed in 1943, "Primary electrical training test board apparatus". US Patent 2592552, filed in 1944, "Electrical instruction board". US Patent 2568535, filed in 1945, "Board for demonstrating electric circuits". US Patent 2885602, filed in 1955, "Modular circuit fabrication", National Cash Register (NCR). US Patent 3062991, filed in 1958, "Quick attaching and detaching circuit system". US Patent 2983892, filed in 1958, "Mounting assemblage for electrical circuits". US Patent 3085177, filed in 1960, "Device for facilitating construction of electrical apparatus", DeVry Technical Institute. US Patent 3078596, filed in 1960, "Circuit assembly board". US Patent 3145483, filed in 1961, "Test board for electronic circuits". US Patent 3277589, filed in 1964, "Electrical experiment kit". US Patent 3447249, filed in 1966, "Electronic building set". See Lectron blocks / dominoes. US Patent 3496419, filed in 1967, "Printed circuit breadboard". US Patent 3540135, filed in 1968, "Educational training aids". US Patent 3733574, filed in 1971, "Miniature tandem spring clips", Vector Electronics. US Patent D228136, filed in 1971, "Breadboard for electronic components or the like", E&L Instruments. This is the modern solderless breadboard.
Дизайн
Қазіргі заманғы пісірілмейтін нан тақтасы перфорациялардың астында көптеген қалаймен жалаталған фосфор қола немесе никель күмісі қорытпасынан жасалған пружиналық қысқыштар бар перфорацияланған пластикалық блоктан тұрады. Бұл қысқыштарды көбінесе байланыс нүктелері немесе түйісу нүктелері деп атайды. Нан тақтасының сипаттамасында байланыс нүктелерінің саны көрсетіледі. Қысқыштар арасындағы қашықтық (жетекше аралығы) әдетте 2,54 мм болады. Екілік желілік корпустағы (DIP) интегралдық схемаларды (IC) блок ортасынан өтетіндей етіп орнатуға болады. Қалған бос тесіктерге сымдар мен дискретті компоненттердің (мысалы, конденсаторлар, резисторлар және индукторлардың) қосымшалары салынып, тізбек толықтырылады. Егер IC қолданылмаса, дискретті компоненттер мен қосымша сымдар кез келген тесікті пайдалана алады. Әдетте, пружиналық қысқыштар 5 вольтта 1 ампер және 15 вольтта 0,333 ампер (5 ватт) тоққа арналған.
Автобус және терминал жолақтары
Түйірмелейтін нан тақталары ішкі металл жолақтар арқылы қосқыштарды байланыстырады. Типикалық түйірмелейтін нан тақтасының құрылымы екі түрлі аймақтан тұрады, олар жолақтар деп аталады. Жолақтар өзара байланысқан электрлік терминалдардан құралған. Көптеген брендтердің нан тақталарындағы жолақтар немесе блоктарында еркек және әйел түйреу тілшелері болады, бұл тақталарды біріктіріп, үлкен нан тақтасын жасауға мүмкіндік береді. Электрондық компоненттерді орналастыруға арналған негізгі аймақтар терминалдық жолақтар деп аталады. Терминалдық жолақтың ортасында, әдетте, ұзын жағына параллель жүретін ойық болады. Бұл ойық терминалдық жолақтың орта сызығын белгілеуге және DIP микросхемаларына (интегралдық схемаларға) орта сызыққа қарай ауа ағынын (салқындату) қамтамасыз етуге арналған. Ойықтың оң және сол жағындағы қысқыштар радиалды түрде қосылған; әдетте, ойықтың әр жағындағы бес қысқыш (яғни, бес тесіктің астында) электрлік түрде байланысқан. Ойықтың сол жағындағы бес бағанға әдетте А, В, С, Д және Е, ал оң жағындағыларға Ф, Г, Н, И және Ж белгілері қойылады. Қатарлар 1-ден бастап нан тақтасының дизайнына сәйкес нөмірленеді. Толық өлшемді терминалдық жолақ әдетте 56-дан 65-ке дейін қатарлардан тұрады. Екі жағындағы шиналық жолақтармен бірге бұл 784-910 қосылу нүктесінен тұратын түйірмелейтін нан тақтасын құрайды. Көптеген нан тақталары шағын, жартылай және толық конфигурациялар үшін тиісінше 17, 30 немесе 64 қатарға арналған. Электрондық компоненттерге қуат беру үшін шиналық жолақтар қолданылады. Шиналық жолақта әдетте екі баған болады: біреуі жерге, екіншісі қуат көзіне арналған. Дегенмен, кейбір нан тақталары әр ұзын жағында тек бір бағанды қуат тарату шиналық жолағын қамтамасыз етеді. Әдетте, қуат көзіне арналған қатар қызыл түспен, ал жерге арналған қатар көк немесе қара түспен белгіленеді. Кейбір өндірушілер бағандағы барлық терминалдарды біріктіреді. Басқалары, мысалы, бағандағы 25 тізбекті терминалды біріктіреді. Соңғы дизайн схема жасаушыға қуат көзі шинасындағы кедергілерді (индуктивті байланысқан шуды) бақылауға көбірек мүмкіндік береді. Көбінесе шиналық жолақтағы топтар түсті белгілеудегі аралықтармен көрсетіледі. Шиналық жолақтар әдетте терминалдық жолақтың бір немесе екі жағында немесе терминалдық жолақтардың арасында орналасқан. Үлкен нан тақталарында терминалдық жолақтың жоғарғы және төменгі жағында қосымша шиналық жолақтар болуы мүмкін. Кейбір өндірушілер бөлек шиналық және терминалдық жолақтарды ұсынады. Басқалары екі түрін бір блокқа біріктіретін нан тақтасы блоктарын ұсынады.
Қосқыш сымдар
Тінтірілмей пісіруге арналған сымдар (немесе жалғастырғыш сымдар) дайын жиынтықтарда қол жетімді, немесе қолмен жасалуы мүмкін. Екіншісі, үлкен схемалар үшін еңбекке толы жұмысқа айналуы мүмкін. Дайын жиынтықтағы сымдар әртүрлі сапада болады, кейбіреулері сым ұштарына шағын штепсельдермен бірге келеді. Дайын немесе қолмен жасалған сымдар үшін, егер сым ұштарына шағын штепсельдер бекітілмесе, әдетте 22 AWG (0,33 мм²) қимасы бар, қатты мыс, қалайымен қапталған сым қолданылады. Сым ұштарын жалаңаштау керек. Тым қысқа жалаңаштауылған сымдар тақтаның серіппелі қысқыштарымен нашар байланысқа түсуі мүмкін (оқшаулау серіппелерге ілігіп қалуы мүмкін). Тым ұзын жалаңаштауылған сымдар тақтада қысқа тұйықталу қаупін арттырады. Сымдарды орнату немесе алып тастау кезінде, әсіресе тығыз схемаларда, ине тәрізді қысқыштар мен пинцеттер көмектеседі. Біркелкілік үшін әртүрлі түсті сымдар мен түс кодтау жүйесі жиі қолданылады. Дегенмен, қол жетімді түстердің саны сигнал түрлерінің немесе жолдарының санынан әдетте кем болады. Көбінесе, бірнеше сым түсі қуат көзіне және жерге (мысалы, қызыл, көк, қара) арналған, ал кейбіреулері негізгі сигналдарға, ал қалғаны ыңғайлы жағдайда қолданылады. Кейбір дайын сым жиынтықтары сымдардың ұзындығын көрсету үшін түстерді пайдаланады, бірақ мұндай жиынтықтар мағыналы түс кодтау схемасын жасауға мүмкіндік бермейді.
Жоғары деңгейдегі жобалар
Көбірек сенімді нұсқада бір немесе бірнеше макеттік тақталар металл жақшаға орнатылады. Әдетте, осы тіреу тақтасында бірнеше қосылым тіреуіштері болады. Бұл тіреуіштер сыртқы қуат көзін қосудың ыңғайлы тәсілін ұсынады. Мұндай макеттік тақтамен жұмыс істеу де оңайырақ болуы мүмкін. Кейбір өндірушілер дәнекерлеусіз макеттік тақталардың жоғары сапалы нұсқаларын ұсынады. Бұл әдетте, жалпақ корпусқа орнатылған жоғары сапалы макеттік тақта модульдері болып табылады. Корпусқа макеттеуге арналған қосымша жабдықтар кіретін болады, мысалы, қуат көзі, бір немесе бірнеше сигнал генераторлары, тізбектік интерфейстер, жарықдиодты дисплей немесе сұйық кристалды дисплей модульдері және логикалық зондтар. Жоғары жиілікті әзірлемелер үшін металл макеттік тақта қажетті дәнекерленетін жер тірегін қамтамасыз етеді, көбінесе басылған платаның өңделмеген бөлігі; интегралдық схемалар кейде макеттік тақтаға төңкеріліп жабыстырылып, тікелей дәнекерленеді, бұл техника оның сыртқы түріне байланысты кейде "өлген қоңыз" құрылысы деп аталады. Жер тірегі бар "өлген қоңыз" құрылысының мысалдары Linear Technologies қолданбалық ескертпесінде көрсетілген.
Қолданылуы
Чиптегі жүйе (SoC) дәуірінде кең таралған қолданыс – микробасқарушыны (MCU) алдын ала жиналған баспа схемалық тақтада (PCB) алу, ол енші тақтаға қосуға ыңғайлы кіріс/шығыс (IO) тіректерінің массивін ұсынады. Содан кейін жалпы мақсаттағы кіріс/шығыс (GPIO), UART/USART сериялық қабылдағыш-бергіштер, аналогты-цифрлық түрлендіргіш (ADC), цифрлық-аналогтық түрлендіргіш (DAC), импульс енін модуляциялау (PWM; моторды басқаруда қолданылады), Serial Peripheral Interface (SPI) немесе I²C сияқты MCU-дың бірін немесе бірнеше шеттік құрылғыларын пайдаланатын схеманы прототиптеу жасалады. MCU үшін сынақ жүргізу, қателерді жою және схема прототипімен өзара әрекеттесу үшін міндетті бағдарламалық құрал (firmware) әзірленеді. Жоғары жиілікті жұмыс істеу көбінесе SoC-тің PCB-мен шектеледі. SPI және I²C сияқты жоғары жылдамдықты байланыстарда оларды төмен жылдамдықта қатесіз жөндеуге болады, ал кейін толық жылдамдықпен жұмыс істеу үшін басқа схема құрастыру әдістемесін қолданып қайта сымдауға болады. Әдетте, бір кішкентай SoC осы электрлік интерфейстердің көп бөлігін үлкен пошта маркасынан аспайтын өлшемде ұсынады және американдық хобби нарығында (және басқа жерлерде) бірнеше долларға қол жетімді, бұл қарапайым шығындармен күрделі жобаларды жасауға мүмкіндік береді.
Шектеулер
Дұрыс орналастырылған басылған платаға (PCB) қарағанда салыстырмалы түрде үлкен паразиттік сыйымдылығы (жанындағы контакттық бағаналар арасында шамамен 2 пФ), кейбір қосылымдардың жоғары индуктивтілігі және салыстырмалы түрде жоғары, жақсы қайталана бермейтін контакттық кедергісі болғандықтан, дәнекерлеусіз макеттік платалар (breadboard) контурдың сипатына байланысты, әдетте 10 МГц-тен төмен жиілікте жұмыс істеумен шектеледі. Жоғары контакттік кедергі кейбір тұрақты ток (DC) және өте төмен жиілікті контурлар үшін де мәселе тудыруы мүмкін. Дәнекерлеусіз макеттік платалар кернеу және ток рейтингтерімен де шектеледі. Дәнекерлеусіз макеттік платалар әдетте беттік монтаж технологиясы (SMD) құрылғыларын немесе басқа тор аралықтары бар компоненттерді қабылдай алмайды. Сонымен қатар, егер осы қосылыстар екі қатарлы орналасуға сәйкес келмесе, бірнеше қатарлы қосылыстары бар компоненттерді де қабылдай алмайды – дұрыс электр байланысын қамтамасыз ету мүмкін емес. Компонентті платаға орнату үшін кейде "брейкаут адаптер" деп аталатын шағын басылған плата адаптерлерін пайдалануға болады. Мұндай адаптерлерде бір немесе бірнеше компонент орналасқан және дәнекерлеусіз макеттік платаға енгізу үшін бір қатарлы немесе екі қатарлы орналасудағы еркек ұңғыштар болады. Үлкен компоненттер адаптердегі ұяға қосылады, ал кіші компоненттер (мысалы, SMD резисторлары) әдетте тікелей адаптерге дәнекерленеді. Содан кейін адаптер ұңғыштар арқылы макеттік платаға қосылады. Дегенмен, компоненттерді адаптерге дәнекерлеу қажеттілігі дәнекерлеусіз макеттік платаның кейбір артықшылықтарын жоққа шығарады. Өте күрделі схемаларды қажетті сымдардың көп мөлшеріне байланысты дәнекерлеусіз макеттік платада басқару қиынға түседі. Қосылымдарды оңай қосу және ажырату ыңғайлылығы сонымен қатар қосылымды кездейсоқ бұзуға мүмкіндік береді, нәтижесінде жүйе сенімді болмайды. Мыңдаған қосылу нүктелері бар жүйелерді прототиптеуге болады, бірақ мұқият құрастыру кезінде үлкен сақтық қажет, және уақыт өте келе контакттік кедергі пайда болғандықтан мұндай жүйе сенімді болмайды. Кейбір жағдайларда өте күрделі жүйелерді пайдалы уақыт аралығында жұмыс істеу мүмкіндігін қамтамасыз ету үшін сенімдірек өзара байланыс технологиясында іске асыру қажет.
Баламалар
Прототиптерді жасаудың баламалы әдістері – нүктеден нүктеге құрылыс (алғашқы ағаштан жасалған прототиптік тақталарды еске түсіреді), сыммен орау, сым қарындаш және тас тақта сияқты тақталар. Миллиондаған транзисторлар, диодтар және резисторлардан тұратын қазіргі заманғы компьютерлер сияқты күрделі жүйелерді прототиптеу үшін прототиптік тақталар тиімді емес, өйткені олардың күрделі конструкцияларын прототиптік тақтада орналастыру және жөндеу қиын. Қазіргі заманғы схемалық жобалар көбінесе схеманы түсіру және модельдеу жүйесі арқылы жасалады және алғашқы прототиптік схемалар басылған схемалық тақтаға құрастырылғанға дейін бағдарламалық қамтамасыз етуде тестіленеді. Интегралды схемаларды жобалау – бұл осы процестің күшейтілген нұсқасы: прототиптік кремнийді өндірудің құны жоғары болғандықтан, алғашқы прототиптерді жасамас бұрын кең ауқымды бағдарламалық модельдеу жүргізіледі. Дегенмен, прототиптеу әдістері әлі де кейбір қолданулар үшін қолданылады, мысалы, радиожиілікті схемалар немесе компоненттердің бағдарламалық модельдерінің дәл немесе толық болмауы жағдайында. Сондай-ақ, тесіктер жұптарынан тұратын төртбұрышты торды пайдалануға болады, мұнда әр жұптың бір тесігі қатарына, ал екіншісі бағанасына қосылады. Осындай пішін қатарлары мен бағаналары спираль бойынша сағат тілімен және кері сағат тілімен айналатын шеңбер түрінде де болуы мүмкін.