При проектировании электронных устройств очень часто возникает потребность проверить работоспособность тех или иных узлов будущего проекта, а сборка прототипа позволит путём ряда экспериментов довести ваше изобретение до совершенства. Вполне очевидно, что на начальных этапах нет смысла с головой погружаться в процесс проектирования печатной платы для последующей сдачи её в производство. На этапе отладки, скорее всего, потребуются некоторые модификации и доработки, и если каждый раз переделывать печатную плату, то можно пробить немаленькую дыру в бюджете и быстро потерять интерес к своему изобретению.
Чтобы облегчить жизнь разработчика электроники, были придуманы так называемые макетные платы. В зависимости от потребностей они делятся на три основных категории: для монтажа радиодеталей в гнёзда (беспаечные), для монтажа радиокомпонентов посредством пайки и для монтажа накруткой. Каждая из этих категорий имеет несколько подвидов, о которых будет рассказано в этой статье. Макетные платы позволяют быстро собрать прототип электронного устройства и также быстро его модифицировать без прикладывания особых усилий.
Макетные платы для монтажа в гнёзда
Данный вид макетных плат представляет собой пластиковую доску с множеством отверстий, в которые вставляются ножки радиодеталей. Каждое отверстие ведёт к самозажимному металлическому контакту. В свою очередь, эти контакты соединены между собой таким образом, чтобы образовывать сигнальные и питающие шины. Вот несколько вариантов подобных плат.
Варианты макетных плат для монтажа в гнёзда
На сегодняшний день радиомагазины предоставляют пользователю широкий ассортимент макетных плат разных размеров и цветовых гамм, что крайне положительно сказывается на их популярности. Вы всегда сможете подобрать для себя оптимальный вариант, обусловленный индивидуальными потребностями. Ведь где-то хватит и самой маленькой платки, а где-то необходим более серьёзный подход с множеством схемных узлов.
Ниже показана внутренняя структура «беспаечной» макетной платы. Иллюстрация даст более детальное представление о способе крепления радиокомпонентов в самозажимных контактах.
Контакты беспаечной макетной платы.
При проектировании электронного макета следует учитывать схемотехнику построения самой «беспаечной» платы, так как контакты внутри неё соединены особым образом, и неправильное понимание процессов может вызвать в будущем ряд неприятных моментов. Все «беспаечные» макетные платы, вне зависимости от их размеров, выполнены по одному стандарту. Отличие только может быть в присутствии или отсутствии отдельных контактов шины питания. Обычно, на маленьких макетках, подобные шины не предусмотрены. На рисунке можно наглядно увидеть схему соединения самозажимных контактов под пластиковым покрытием платы.
Схема соединения контактов
Как видно из вышеприведенного рисунка, у данной платы имеется две группы питающих и две группы сигнальных линий. Сигнальные линии первой группы обозначены буквами A, B, C, D, E. Сигнальные линии второй группы обозначены буквами F, G, H, I, J. Каждая группа имеет по 31 сигнальной шине. Цифробуквенное обозначение удобно для быстрого ориентирования на макетных платах среднего и выше размеров. Например, ножка радиодетали, которая будет вставлена в отверстие по адресу 1А, будет доступна по адресам 1B, 1C, 1D и 1Е. А ножка, вставленная по адресу 1J, будет соединена с отверстиями 1I, 1H, 1G и 1F.
Красными и синими линиями показаны шины питания. Например, к первой группе можно подключить питание 5В, а ко второй 3,3В. Обе питающие группы, как и сигнальные, между собой никак не связаны.
Сборка схемы на беспаечных макетных платах
Чтобы собрать мало-мальски рабочий макет, одних радиодеталей будет недостаточно. В большинстве случаев для соединения необходимых отверстий макетной платы используют различного рода перемычки. Некоторые радиолюбители для этих целей берут обычные куски проводов, а некоторые специально изготовленные перемычки для беспаечных макетных плат, которые выпускаются в большом ассортименте. Перемычки могут быть жёсткими или гибкими в зависимости от конкретной ситуации. Вот лишь некоторые.
Виды перемычек для беспаечных макетных плат
При сборке макета схемы следует учитывать, что гибкие провода в некоторых случаях могут работать как антенны и создавать помехи. Это может стать причиной непонятных явлений, например таких, как внезапные артефакты на жидкокристаллическом дисплее или фантомный сброс микроконтроллера во время переключения реле. В общем, вариантов множество. Также, неясность в работу схемы может внести плохой контакт между радиодеталью и зажимным контактом макетной платы. Понимание этих моментов поможет избежать лишней траты времени на поиск непонятно чего непонятно где.
Чтобы окончательно закрепить понимание принципов работы с беспаечной макетной платой, ниже небольшая электрическая схема с последующей сборкой её на макете.
Макет схемы мостового управления двигателем
Макетные платы с монтажом радиодеталей посредством пайки
Универсальные макетные платы для пайки
Данный вид макетных плат зачастую представляет собой обычный кусок стеклотекстолита с насверленными отверстиями. Вокруг каждого такого отверстия расположена лужённая контактная площадка, к которой предполагается припаивать радиодетали или перемычки. Так как монтаж производится посредством пайки, то такие платы, по сути, являются одноразовыми. На них удобно собирать демонстрационные модели каких-либо проектов перед запуском основного производства.
Макетные платы с монтажом посредством пайки
Как видно из вышеприведенного рисунка, все контактные площадки разделены между собой. Радиолюбитель сам решает, что и с чем будет соединено. Некоторые умельцы вообще предпочитают не заморачиваться изготовлением печатных плат, и пользуются только подобными макетками. При определённом навыке и аккуратности можно и здесь добиться неплохих результатов. В качестве примера, приведены два варианта организации токоведущих дорожек для макеток под пайку. Первый вариант быстрый, но выглядит так себе – на любителя. Второй вариант требует больше времени, но и результат налицо.
Варианты исполнения токоведущих дорожек
Удобнее всего формировать токоведущие дорожки лужённым медным проводом, а в местах пересечения использовать изолированные перемычки.
Узкопрофильные макетные платы для пайки
Бывают случаи, когда в каком-либо узле схемы используется радиодеталь нестандартных размеров или с малым шагом между выводами. Это затрудняет быстрый доступ к её контактам и сводит на нет весь процесс быстрой макетной отладки. А если таких узлов требуется множество, то ситуация ещё больше усугубляется. Такими деталями могут быть процессоры, радио-модули, специализированные микросхемы и т.п. Очень непросто будет перекинуть проводки с одного вывода на другой при каких-либо изменениях в схеме. Чтобы облегчить работу с вышеуказанными компонентами, некоторые фирмы разрабатывают специализированные макетные платы под конкретный корпус радиодетали. Один из примеров для микросхемы в корпусе TQFP32.
Специализированная макетная плата под корпус TQFP32
Думаю, очевидно, что работать с такой платой будет намного приятнее, чем подпаиваться напрямую к микросхеме.
Комбинированные макетные платы для пайки
Такой подвид макетных плат удобно использовать, когда одна часть схемы всё-время идентичная (например, узел блока питания и т.п.), а другая – произвольная. Или возможен вариант для работы с микросхемами в разных корпусах. На просторах Интернета можно найти платы практически на все случаи жизни.
Комбинированная макетная плата для пайки
Макетные платы для монтажа накруткой
Монтаж накруткой – это отдельный вид макетирования. Сами платы вместо отверстий имеют многочисленные штыревые контакты, на которые наматываются концы соединительных проводов. Главным правилам правильного монтажа таким способом является 7 оборотов оголённого участка провода вокруг штырька и полтора оборота изоляции. Наглядно этот процесс показан ниже.
Пример монтажа накруткой
Несмотря на кажущуюся примитивность данного способа, он может не уступать в надёжности паечному монтажу. Зачастую подобную работу выполняет автоматизированная система по указанным данным, а человек в дальнейшем корректирует соединения вручную. Вот пример макетной платы с выполненным монтажом путём накрутки.
Макетная плата и монтаж накруткой
Самодельные макетные платы
Самодельные макетные платы сейчас явление довольно редкое. Эта тема широко была распространена ранее, когда подобную плату невозможно было купить в магазине, или они стоили заоблачных денег. Но и в наше время некоторые умельцы не изменяют дедовским традициям и штампуют свои макетки «на коленке». Вот несколько примеров такого народного творчества.
Примеры самодельных макетных плат
Подведя итог можно сказать, что в плане макетирования следует придерживаться золотой середины, так как порой проще и быстрее изготовить печатную плату, а порой требуется вносить множество изменений и в таком случае без макетной платы никуда. То же касается и способа макетирования. Перед разработкой проекта следует определиться с видом платы и методом соединений при отладке будущего устройства.
