Come posso diagnosticare possibili problemi con le mie breadboard?

Sono un professore EE e nel mio laboratorio digitale i miei studenti hanno avuto problemi con le breadboard questa settimana (in qualche modo sulla falsariga di questa domanda ). I componenti sembravano funzionare quando sono stati spostati in un'altra area della scheda e ho aiutato a risolvere i problemi, quindi non penso che sia un caso di errore da parte degli studenti.

Quali sono i problemi che possono affliggere una breadboard e come posso diagnosticarli? È semplice come svitare ogni scheda dalla piattaforma e controllare le morsettiere? Devo rimuovere le strisce? Esiste uno strumento che posso usare per controllare pin-by-pin?

Uso corretto delle breadboard

Le breadboard in stile plug-in con file di cinque prese da 0,1 pollici di cui parli possono essere davvero utili, ma possono anche essere abusate. Saper usare e prendersi cura di tali breadboard è un'abilità EE abbastanza utile che vale la pena ripassare per alcuni minuti.

La cosa principale per non abusare delle breadboard è non collegare cavi troppo grandi. Ciò può inceppare i contatti, schiacciandoli verso il basso invece di lasciarli balzare lateralmente come previsto. Cavi troppo grandi di solito richiedono anche di rompere leggermente la plastica sopra il contatto allargando il foro. Ciò consente ai cavi della giusta dimensione di entrare un po 'lateralmente, ora consentendo anche a questi cavi di schiacciare una delle clip a molla.

Fare attenzione a spingere i cavi verso il basso. Ancora una volta ciò impedisce loro di spingere una delle molle in un modo non previsto.

Sfortunatamente, gli studenti saranno studenti e non avranno interesse a lungo termine nelle breadboard. Devono solo portare a termine il loro progetto. Se la breadboard è una merda dopo averla fatta è un problema di qualcun altro.

Tagliere come libri di testo

La soluzione è che tu consideri le breadboard come i libri. Ogni EE dovrebbe avere una breadboard o due per sperimentare. Sapere come usarlo correttamente, come prendersene cura e i problemi speciali del circuito dovuti alle breadboard sono cose utili che gli EE professionali devono sapere. Ogni studente deve acquistare le proprie breadboard. In questo modo sono motivati ​​a non abusarne. Se lo fanno, imparano una lezione prima che il capo o il collega pensi di essere un idiota.

Non tutte le breadboard sono uguali. Non limitarti ad acquistare a prezzo, soprattutto quando provengono dall'estremo oriente del patrimonio discutibile. Una volta trovata una buona fonte, potresti essere in grado di organizzare un acquisto in volume in modo che i tuoi studenti possano ottenerli a un prezzo decente.

Problemi di circuito

Molte persone incolperanno immediatamente tutto ciò che non funziona su una breadboard per il fatto che è su una breadboard. Cerca "breadboard" su questo sito e vedrai molti commenti più santi di te. Questi sono in gran parte sbagliati.

Le breadboard possono essere molto utili per provare e controllare i circuiti di base. Questi sono esattamente i tipi di cose che gli studenti EE dovrebbero fare. Ci sono alcuni problemi, tuttavia:

1. Non esiste un piano di massa. A volte non importa molto. Può aiutare a montare la breadboard su una piastra di metallo con un perno di rilegatura in modo da poter collegare la piastra alla breadboard con un solo filo. Oppure, puoi scegliere una delle strisce di bus orizzontali per legare in modo permanente anche la piastra. In tal caso, è necessario etichettarlo attentamente.

   Un'altra possibilità è quella di mettere un piano terra sotto l'area di lavoro. Può essere semplice come lavorare su un pezzo di cartone, con un foglio di alluminio sotto, legato alla rete del terreno sulla breadboard.

   Tieni presente che alcune breadboard, specialmente quelle più economiche, hanno il fondo delle mollette esposte sotto. Cadranno in cortocircuito verso qualsiasi cosa conduttiva su cui sono seduti. Di 'ai tuoi studenti di mettere sempre del nastro isolante sui contatti nudi sul fondo di tali breadboard.

2. I contatti hanno ciascuno una certa resistenza. Il più delle volte questo non ha molta importanza. Pensa ai contatti della breadboard solo per segnali e piccola potenza (come alimentare un chip logico). Non fare cose come far funzionare la potenza del motore attraverso la breadboard. Ciò può surriscaldare il contatto, causando ossidazione e problemi a lungo termine.

3. C'è una certa capacità tra le colonne adiacenti. Questo problema è ampiamente esagerato, ma può interessare circuiti analogici particolarmente sensibili.

4. Non sono per l'alta frequenza. Questo in realtà deriva dal non avere un piano di massa e le capacità parassite più grandi del solito. Tuttavia, sembra che la gente lo dimentichi troppo facilmente.

   Si noti inoltre che questo è più importante per i segnali analogici che digitali. È improbabile che un cristallo da 8 MHz a un microcontrollore sia un problema, ma anche un ricevitore radio da 1 MHz agirà diversamente su una breadboard.

5. Sono solo per componenti a foro passante e circuiti integrati in pacchetti DIP. Entrambi hanno seguito la strada dei dinosauri. Tuttavia, l'utilità delle breadboard, in particolare per l'apprendimento, vale la pena affrontare questo problema. Dato che sei nel settore dell'apprendimento, tieni una scorta di resistori a foro passante da ¼ W e altre parti. Puoi comunque ottenere molti condensatori nelle versioni a foro passante.

   Ci sono anche schede portanti disponibili da luoghi di hobby che accettano pacchetti di montaggio superficiale comuni e li portano a una linea di pin progettati appositamente per il collegamento alle breadboard. Ha senso avere una scorta di questi disponibili nel tuo laboratorio. Dovresti sicuramente averli per i pacchetti SOT-23-3, SOT-23-6 e SOIC-14.

Risoluzione dei problemi

Quello che faccio di solito per il debug dei circuiti della breadboard è di tagliare un filo a 24 fili a filo singolo su ogni sonda dell'oscilloscopio. I fermagli di terra della sonda vanno su un filo corto che fuoriesce dalla breadboard con un'estremità di circa ¾ pollici. Ciò consente di collegare due clip di messa a terra della sonda dell'oscilloscopio.

Ora basta collegare le altre estremità dei fili del calibro 24 a qualsiasi pad sulla breadboard di cui si desidera vedere il segnale.

Non diventare pigro rimuovendo la clip da una sonda oscilloscopio e collegando l'estremità appuntita della sonda direttamente in un foro della breadboard. Innanzitutto, queste parti appuntite sono in genere un po 'troppo spesse per una breadboard. Ma la vera ragione è che prima o poi passerai accidentalmente la mano attraverso le sonde che sporgono dalla breadboard. Ciò spezzerà le estremità appuntite delle punte della sonda, danneggerà il perno della breadboard o entrambi.

Sommario

Le breadboard possono essere utili, anche in un ambiente professionale. Sono strumenti che i tuoi studenti dovrebbero possedere, imparare a prendersi cura adeguatamente e imparare a usare quando si presentano le giuste circostanze. Sono anche ottimi per conoscere i circuiti e ottenere quell'intuizione importante sui circuiti che non si ottengono dai libri.

I tuoi studenti hanno certamente bisogno di capire la teoria e la matematica dietro l'elettronica, ma questa è solo una parte dell'essere un EE. Quando intervisto i candidati EE, ovviamente devo vedere che conoscono la teoria. Tuttavia, la maggior parte dell'intervista cercherò quell'intuizione elettronica che solo la sperimentazione può darti.

I buoni EE osservano uno schema e vedono le tensioni spingere e le correnti che scorrono. Vedono un transistor, un opamp o un condensatore o quasi tutte le parti da ciò che "significa" in un circuito, non solo come alcune equazioni per risolvere la corrente con quattro cifre decimali. La differenza tra un EE reale e qualcuno che collega semplicemente i valori alle equazioni è la capacità di "conoscere" i blocchi costitutivi e avere intuizione sull'elettronica in un modo che ti consente di inventare topologie di circuiti mai viste prima, guidate solo da ciò che il circuito deve fare. Questo richiede esperimenti, vedendo come la teoria e la pratica differiscono, ore che si chiedono perché il semplice amplificatore che sembra grande in teoria oscilli effettivamente quando lo costruisci, ecc. Le breadboard sono i migliori veicoli che abbiamo per tale apprendimento oggi.

Probabilmente sono passati circa 10 anni dall'ultima volta che ho dovuto sperimentare un circuito al punto che aveva senso usare una breadboard, ma cose del genere si presentano occasionalmente. Sono un ingegnere elettrotecnico professionista dal 1980 e in precedenza utilizzavo le breadboard più presto nella mia carriera. Penso che ciò sia dovuto al fatto che all'epoca la maggior parte delle parti era passante con un passo di 1 ", il costo e il tempo di realizzazione delle schede per PC erano più alti e i circuiti erano più analogici.

Ripensandoci, l'ultima volta che ho usato una breadboard per davvero è stato lo sviluppo di un circuito in grado di ricevere un segnale a ultrasuoni usando una potenza di standby molto ridotta. Questo utilizzava transistor a correnti così basse che il foglio dati dava poche indicazioni su cosa aspettarsi. Avevo bisogno di circa 2000 guadagni a 40 kHz. Alla fine sono arrivato a 35 µA di corrente di riposo, ma non senza alcuni esperimenti. Immagino che il motivo per cui era appropriato per una breadboard fosse che si trattava di un circuito analogico che non aveva frequenze multi-MHz.

Esiste uno strumento che posso usare per controllare pin-by-pin?

So che gli assistenti di ricerca possono essere manodopera a basso costo, ma considerando il prezzo delle breadboard: se questo è necessario, potresti semplicemente voler investire in breadboard di qualità superiore o semplicemente nuovi.

Anche come allievo di 13 anni, ho semplicemente gettato via un paio di breadboard che ho acquistato dai miei piccoli guadagni dopo aver capito che non erano semplicemente prodotti sufficientemente accuratamente per garantire un contatto affidabile con i componenti DIP. Le tue schede sono probabilmente molto meglio delle mie, in passato - sembra che abbiano almeno una base - ma potrebbero aver visto un paio di occasioni di uso approssimativo a causa dell'utilizzo in una struttura educativa.

Quali sono i problemi che possono affliggere una breadboard e come posso diagnosticarli?

Usa la tua immaginazione!

• contatto debole a causa della fatica meccanica
• sporco
• effetti come capacità parassita, induttanza, resistenza
• connessioni non sicure a causa di scarso contatto meccanico, poiché i componenti non sono realizzati per breadboard, ma per la produzione di PCB
• molte altre cose che potrebbero andare storte

È impossibile dire cosa c'è che non va nel tuo caso particolare: usa la tua esperienza EE per escludere le cose, se questa è la strada che vuoi seguire.

Ora, il laboratorio digitale potrebbe o non potrebbe significare che stai facendo cose ad alta velocità - e le breadboard sono, a causa della forma di tutte le parti conduttrici, specialmente inclini a produrre interessanti dialoghi o attenuazioni.

Ho fatto e ancora un po 'di prototipazione, anche su breadboard. Tuttavia, in passato sono stato molto frustrato, quindi ora ho fondamentalmente una breadboard (non un modello , un singolo esemplare ) di cui mi fido, e in pratica lo uso solo per collegare i PCB che ho ordinato o fatto con 2.54 intestazioni pin passo mm e alcuni cavi jumper per alimentare le schede e forse disaccoppiando i tappi per l'alimentazione. Posso fare affidamento sul contatto di questi pochi componenti selezionati, per esperienza.

Sono stato morso da contatti inaffidabili, in particolare di resistori cablati, così spesso, che a un certo punto mi sono reso conto che posso eseguire il debug di un prototipo che potrebbe o non potrebbe fallire a causa di un problema con il mio progetto o un problema con il contatti nella mia breadboard, semplicemente per non fare nulla di nemmeno remoto nella breadboard. Se si fa qualcosa sul PCB, è possibile, fintanto che si sa come saldare, escludere i contatti errati come fonte di errore. E questo è abbastanza sollevante.

Progettare il mio PCB in realtà è più veloce che capire come costruire un complesso dispositivo a quattro transistor con un paio di diodi e resistori di polarizzazione come un design rettangolare della breadboard. E, se ho ancora abbastanza lavoro da fare mentre aspetto i PCB, posso ordinare cose economiche da qualche parte in Cina. Per roba privata e piccoli PCB, una tripletta di PCB è decisamente più economica del costo di una breadboard di alta qualità divisa per le generazioni di studenti che la useranno.

Ovviamente, è assolutamente vero che insegnare agli studenti come progettare uno schema e un layout di una lavagna potrebbe essere fuori portata per il laboratorio a cui ti stai dirigendo - potrebbe essere comunque una cosa interessante da imparare.

Come detto, non so che tipo di componenti usi. Ma supponendo che siano più cose come transistor discreti e porte logiche DIP (7400 tipi di cose della famiglia) e forse una scheda di interfaccia DSP / FPGA / microcontrollore / PC per connettersi a quelle, forse una via di mezzo sarebbe interessante:

Saldare un transistor TO-92 o un DIP14 IC e le intestazioni dei pin su stripboard o perfboard non è in realtà molto difficile da fare. Gli studenti potrebbero comunque essere in grado di sperimentare in modo interattivo con i circuiti se hanno saldato loro stessi i loro circuiti elementari e usano cavi jumper esterni di buona qualità (non farmi iniziare sulla qualità dei cavi jumper) per collegarli, se la frequenza del segnale lo consente.

Per i circuiti digitali, questo strumento aiuta:

Il vantaggio è che se si legge 1/2 della tensione di alimentazione sul misuratore, il problema è un circuito aperto sul pin. Basta passare attraverso ogni pin sul dispositivo e verificarlo rispetto al valore previsto dallo schema. Va veloce. Questa stessa tecnica funziona su normali circuiti stampati per trovare circuiti e livelli inaspettati sia nelle parti passanti che in quelle SMT. Questo trucco è ancora utilizzato nei laboratori che dispongono di numerose apparecchiature di prova. È bene insegnare un approccio sistematico.

Un altro strumento dell'era degli anni '80 è un DIP-clip con LED integrati per creare un analizzatore di logica statica. I DIP-clip senza led sono perfetti per fissare le sonde.

Per cosa li stai usando?

Se è un problema generalizzato nella tua classe, è improbabile che sia un problema di connettore (a meno che tutte le breadboard non siano davvero vecchie).

Il secondo motivo frequente a cui riesco a pensare sono le frequenze troppo alte. Controlla la frequenza massima consigliata per la tua breadboard ma non sono generalmente troppo alti.

Spero che sia d'aiuto.