Como posso diagnosticar possíveis problemas com minhas tábuas de pão?

Sou professor de EE e, no meu laboratório digital, meus alunos tiveram problemas com as placas de ensaio nesta semana (algo como esta pergunta ). Os componentes pareciam funcionar quando movidos para uma área diferente no quadro, e eu ajudei a solucionar problemas, por isso não acho que seja um caso de erro do aluno.

Quais são os problemas que podem afetar uma tábua de pão e como posso diagnosticá-los? É tão simples como desaparafusar cada placa da plataforma e verificar as réguas de terminais? Preciso remover as tiras? Existe uma ferramenta que eu possa usar para verificar pino a pino?

Uso adequado de tábuas de pão

As tábuas de pão do tipo plug-in, com linhas de cinco soquetes de 0,1 polegada, das quais você parece estar falando, podem ser realmente úteis, mas também podem ser abusadas. Saber como usar e cuidar dessas tábuas de pão é uma habilidade de EE útil o suficiente, que vale a pena repassar por alguns minutos.

A principal coisa a não abusar das tábuas de pão é não conectar os leads muito grandes. Isso pode atolar os contatos, esmagando-os para baixo, em vez de deixá-los saltar para os lados, conforme planejado. Os cabos muito grandes também geralmente exigem a quebra do plástico acima do contato, ampliando o orifício. Isso permite que os fios do tamanho certo fiquem um pouco para os lados, agora permitindo que até esses fios triturem um dos clipes de mola.

Cuidado para empurrar os cabos diretamente para baixo. Novamente, isso os impede de empurrar uma das molas de uma maneira não pretendida.

Infelizmente, os alunos serão estudantes e não terão interesse a longo prazo nas tábuas de pão. Eles só precisam concluir seu projeto. Se a tábua de pão é uma porcaria depois de terminada, é problema de outra pessoa.

Tábuas de pão como livros didáticos

A solução é que você considere as tábuas de pão como livros. Todo EE deve ter uma placa de ensaio ou duas para experimentar. Saber como usá-lo corretamente, como cuidar dele e os problemas especiais do circuito devido às placas de ensaio são coisas úteis para os EEs profissionais. Cada aluno precisa comprar suas próprias tábuas de pão. Dessa forma, eles são motivados a não abusar deles. Se o fizerem, aprenderão uma lição antes que o chefe ou colega de trabalho pense que é um idiota.

Nem todas as tábuas de pão são iguais. Não compre apenas no preço, especialmente quando eles são do extremo oriente da herança questionável. Depois de encontrar uma boa fonte, você poderá organizar uma compra por volume, para que seus alunos possam adquiri-la por um preço razoável.

Problemas de circuito

Muitas pessoas culpam imediatamente qualquer coisa que não esteja funcionando em uma tábua de pão pelo fato de ela estar em uma tábua de pão. Procure por "breadboard" neste site e você verá muitos comentários mais sagrados do que mil. Estes estão amplamente errados.

Tábuas de pão podem ser muito úteis para testar e verificar circuitos básicos. Esse é exatamente o tipo de coisa que os alunos de EE devem fazer. Existem alguns problemas, no entanto:

1. Não há plano de terra. Às vezes isso não importa muito. Pode ajudar a montar a placa de ensaio em uma placa de metal com um poste de ligação, para que você possa conectar a placa à placa de ensaio com um único fio. Ou você pode escolher uma das faixas de barramento horizontal para amarrar permanentemente a placa. Nesse caso, você precisa rotular com cuidado.

   Outra possibilidade é colocar um plano de terra embaixo da sua área de trabalho. Pode ser tão simples quanto trabalhar em um pedaço de papelão, com papel alumínio por baixo, amarrado à rede de terra na tábua de pão.

   Lembre-se de que algumas tábuas de pão, especialmente as mais baratas, têm o fundo dos clipes de mola expostos por baixo. Eles serão curtos para qualquer coisa condutora em que estejam sentados. Diga aos seus alunos para sempre colocar fita isolante sobre os contatos vazios na parte inferior dessas tábuas de pão.

2. Cada um dos contatos tem alguma resistência. Na maioria das vezes isso não importa muito. Pense nos contatos da tábua de pão como sendo apenas para sinais e pouca energia (como alimentar um chip lógico). Não faça coisas como acionar a potência do motor através da tábua de pão. Isso pode superaquecer o contato, causando oxidação e problemas a longo prazo.

3. Existe alguma capacitância entre colunas adjacentes. Esse problema é muito exagerado, mas pode ser importante para circuitos analógicos particularmente sensíveis.

4. Eles não são para alta frequência. Isso realmente decorre da falta de um plano de aterramento e das capacitâncias parasitárias maiores que o usual. No entanto, parece que as pessoas esquecem isso com muita facilidade.

   Observe também que isso importa mais para sinais analógicos do que digitais. É improvável que um cristal de 8 MHz para um microcontrolador seja um problema, mas mesmo um receptor de rádio de 1 MHz age de maneira diferente em uma placa de ensaio.

5. Eles são apenas para componentes de furo passante e ICs em pacotes DIP. Ambos seguiram o caminho dos dinossauros. No entanto, vale a pena lidar com essa questão da utilidade das tábuas de pão, principalmente para o aprendizado. Como você está no ramo de aprendizado, mantenha um estoque de ¼ W resistores de furo passante e outras peças ao redor. Você ainda pode obter muitos capacitores nas versões de furo passante.

   Também existem placas de suporte disponíveis em locais de hobby que pegam pacotes comuns de montagem em superfície e os trazem para uma linha de pinos projetados especificamente para a conexão em placas de ensaio. Faz sentido ter um suprimento desses disponível em seu laboratório. Você certamente deve tê-los para os pacotes SOT-23-3, SOT-23-6 e SOIC-14.

Solução de problemas

O que costumo fazer para depurar circuitos de tábua de pão é prender um fio de fio único de calibre 24 em cada sonda de osciloscópio. Os clipes de aterramento da sonda vão para um fio curto que sai da tábua de pão com uma extremidade descascada ou ¾ de polegada. Isso permite que dois clipes de aterramento da sonda de escopo sejam conectados.

Agora, basta conectar as outras extremidades dos fios de bitola 24 nas almofadas da placa de ensaio das quais você deseja ver o sinal.

Não fique preguiçoso removendo o clipe de uma sonda de luneta e conectando a extremidade afiada da sonda diretamente a um orifício da tábua de pão. Primeiro, essas partes pontiagudas geralmente são um pouco grossas demais para uma tábua de pão. Mas a verdadeira razão é que, mais cedo ou mais tarde, você acidentalmente passa a mão pelas pontas de prova que estão saindo da tábua de pão. Isso arranca as extremidades pontudas das pontas da sonda, danifica o pino da placa de ensaio ou ambos.

Sumário

Tábuas de pão podem ser úteis, mesmo em um ambiente profissional. São ferramentas que seus alunos devem possuir, aprender a cuidar adequadamente e aprender a usar quando surgirem as circunstâncias certas. Eles também são ótimos para aprender sobre circuitos e obter essa intuição muito importante sobre circuitos que você não recebe dos livros.

Seus alunos certamente precisam entender a teoria e a matemática por trás da eletrônica, mas isso é apenas parte de ser um EE. Quando entrevisto candidatos de EE, é claro que preciso ver que eles conhecem a teoria. No entanto, na maior parte da entrevista, procurarei a intuição eletrônica que apenas as experiências podem proporcionar.

Os bons EEs olham um esquema e veem as tensões empurrando e as correntes fluindo. Eles veem um transistor ou opamp ou capacitor ou quase qualquer parte do que "significa" em um circuito, e não apenas algumas equações para resolver a corrente com quatro casas decimais. A diferença entre um EE real e alguém que apenas conecta valores às equações é ser capaz de "conhecer" os elementos básicos e ter intuição sobre a eletrônica de uma maneira que permita criar topologias de circuito nunca vistas antes, conduzidas apenas pelo que o circuito precisa fazer. Isso requer experiências, vendo como a teoria e a prática diferem, horas se perguntando por que o amplificador simples que parece ótimo na teoria realmente oscila quando você o constrói etc.

Provavelmente já se passaram dez anos desde a última vez em que precisei experimentar um circuito a ponto de fazer sentido usar uma tábua de pão, mas essas coisas surgem ocasionalmente. Sou engenheiro elétrico profissional desde 1980 e costumava usar tábuas de pão mais cedo na minha carreira. Acho que isso ocorreu porque, na época, a maioria das peças era com furo de 0,1 ", o custo e a rotação de placas PC eram maiores, e os circuitos eram mais analógicos.

Pensando bem, a última vez que usei uma placa de ensaio de verdade foi no desenvolvimento de um circuito que poderia receber um sinal de ultrassom usando muito pouca energia de espera. Isso estava usando transistores em correntes tão baixas que a folha de dados dava pouca orientação sobre o que esperar. Eu precisava de cerca de 2000 ganhos a 40 kHz. Eventualmente, reduzi para 35 µA de corrente quieta, mas não sem algumas experiências. Eu acho que a razão pela qual isso era apropriado para uma placa de ensaio era que era um circuito analógico que não tinha frequências multi-MHz.

Existe uma ferramenta que eu possa usar para verificar pino a pino?

Sei que os assistentes de pesquisa podem ter mão-de-obra barata, mas considerando o preço das tábuas de pão: se isso for necessário, você pode simplesmente querer investir em tábuas de pão de alta qualidade ou simplesmente novas.

Mesmo com 13 anos, simplesmente joguei fora algumas tábuas de pão que comprei com meus pequenos ganhos depois de descobrir que elas simplesmente não eram fabricadas com precisão suficiente para garantir um contato confiável com os componentes DIP. Suas pranchas são provavelmente muito melhores do que as minhas, na época - parece que elas têm pelo menos uma base -, mas elas podem ter visto algumas ocasiões de uso difícil devido ao uso em instalações educacionais.

Quais são os problemas que podem afetar uma tábua de pão e como posso diagnosticá-los?

Use sua imaginação!

• contato fraco devido à fadiga mecânica
• sujeira
• efeitos como capacitância perdida, indutância, resistência
• conexões inseguras devido ao mau contato mecânico, pois os componentes não são feitos para placas de ensaio, mas a fabricação de placas de circuito impresso
• muitas e muitas outras coisas que podem dar errado

É impossível dizer o que há de errado no seu caso particular - use sua experiência de EE para descartar coisas, se for esse o caminho que você deseja seguir.

Agora, o laboratório digital pode ou não significar que você está fazendo coisas de alta velocidade - e as tábuas de pão são, devido ao formato de todas as partes condutoras, especialmente propensas a produzir conversas ou atenuação interessantes.

Eu fiz e ainda faço protótipos, mesmo em tábuas de pão. No entanto, fiquei muito frustrado no passado, então agora tenho basicamente uma tábua de pão (não modelo , um único espécime ) em que confio, e basicamente só a uso para conectar PCBs que encomendei ou fabricei com 2.54 cabeçalhos de pinos de passo de mm e alguns cabos de ponte para alimentar as placas e talvez desacoplar as tampas da fonte de alimentação. Posso confiar no contato desses poucos componentes selecionados, por experiência própria.

Fui mordido por contatos não confiáveis, especialmente de resistores com fio, com tanta frequência que, a certa altura, percebi que podia depurar um protótipo que poderia ou não estar falhando devido a um problema no meu design ou um problema no contatos na minha placa de ensaio, para simplesmente não fazer nada nem remotamente complexo na placa de ensaio. Se algo for feito no PCB, você poderá, desde que saiba soldar, descartar contatos ruins como fonte de erro. E isso é bastante aliviante.

Projetar minha própria placa de circuito impresso é realmente mais rápido do que descobrir como construir um complexo, por exemplo, um dispositivo de quatro transistores com alguns diodos e resistores de polarização como um projeto retangular de placa de ensaio. E, se ainda houver trabalho suficiente na fila para aguardar os PCBs, posso pedir coisas baratas em algum lugar da China. Para coisas particulares e PCBs pequenos, um trio de PCBs é definitivamente mais barato que o custo de uma tábua de pão de alta qualidade dividida pelas gerações de estudantes que a usarão.

Obviamente, é absolutamente verdade que ensinar aos alunos como projetar um esquema e layout de um quadro pode estar fora do escopo do laboratório que você está dirigindo - mas pode ser uma coisa interessante a aprender.

Como dito, não sei que tipo de componentes você usa. Mas supondo que sejam mais coisas como transistores discretos e portas lógicas DIP (tipo de família 7400) e talvez uma placa de interface DSP / FPGA / microcontrolador / PC para conectar-se a elas, talvez um meio termo seja interessante:

Soldar um transistor TO-92 ou um IC DIP14 e fixar os cabeçalhos no stripboard ou no perfboard não é realmente muito difícil de fazer. Os alunos ainda poderão experimentar interativamente os circuitos se eles mesmos soldarem seus circuitos elementares e usarem fios de jumper externos de boa qualidade (não me inicie na qualidade dos fios de jumper) para conectá-los, se a frequência do sinal permitir.

Para circuitos digitais, esta ferramenta ajuda a:

A vantagem disso é que, se você ler 1/2 da tensão de alimentação no medidor, o problema é um circuito aberto no pino. Basta passar por todos os pinos do dispositivo e compará-lo com o valor esperado do esquema. Vai rápido. Essa mesma técnica funciona em placas de circuito comuns para encontrar inesperados circuitos abertos e níveis nas peças do furo passante e das SMT. Esse truque ainda é usado em laboratórios com muitos equipamentos de teste. É bom ensinar uma abordagem sistemática.

Outra ferramenta da década de 1980 é um clipe DIP com LEDs embutidos para fazer um analisador de lógica estática. Os clipes DIP sem os leds são ótimos como um local para conectar sondas.

Para que você os está usando?

Se for um problema generalizado entre sua classe, é improvável que seja um problema de conector (a menos que todas as placas de ensaio sejam realmente antigas).

A segunda razão frequente em que consigo pensar é em frequências muito altas. Verifique a frequência máxima recomendada para a sua placa de ensaio, mas elas geralmente não são muito altas.

Espero que ajude.