清楚瞭解您的試驗電路板和原型開發板,確保能順利展開專案

在電腦與電路模擬軟體普及之前的黑暗時代,電子設計人員評估電路效能的方法由手繪板轉變成試驗電路板。即使到了今天,儘管有 Spice 模擬與類似的模擬,還是有一些電路要經過原型開發。舉例來說,Spice 不會發出音訊電路的聲音,所以要使用試驗電路板。

我年輕的時候,試驗電路板 (breadboard) 這個詞如字面上所示,就是一張板子,大概像是廚房的砧板一樣 (圖 1)。

圖 1:過去的試驗電路板原型範例。元件用螺絲固定在木板上,再用釘子當作連接點。(圖片來源:Bud Industries)

幸好,我們還不用祭出老媽的砧板,可以用免焊式試驗電路板或原型印刷電路板 (PCB)。免焊式試驗電路板接線條有個良好的範例是 Bud IndustriesBB-32621,尺寸為 3.2 in. x 2.08 in.。(圖 2)。

圖 2:BB-32621 是小型免焊式試驗電路板接線條的範例。(圖片來源:Bud Industries)

此電路板是由四個水平方向的電源排插組成,沿著電路板的長邊排列,以此分配電源 (+) 和負極電源或接地電源 (-)。較短的垂直接線條則橫越電路板的寬邊。這些是元件的連線點。中央通道的寬度可用於大多數通孔式 IC,並可將連線點匯流排分隔 (圖 3)。

圖 3:BB-32621 的內部畫面顯示出電源排插導線和連線點導線的排列。(圖片來源:Bud Industries)

試驗電路板上的孔洞間距為 0.1 in.(2.54 mm),與大多數通孔式 IC 的間距相同。免焊式接線條上有 400 個連接點,其中 300 個用於元件連接,100 個用於配電連接。IC 在中央通道上方以水平方向排列 (圖 4)。

圖 4:簡單的 555 定時型電路以及對應的試驗電路板佈局。(圖片來源:Bud Industries)

由於通孔式 IC 逐漸式微,表面黏著式裝置 (SMD) 逐漸成為主流,您可能需要使用插槽配接器將 SMD 連接免焊式試驗電路板。Logical Systems Inc.PA-SOD3SM18-16 是表面黏著對 DIP 封裝配接器的範例 (圖 5)。

圖 5:PA-SOD3SM18-16 可以將 SOIC IC 轉接 16 引腳 DIP 封裝,其 0.1 in. 的引腳間距適用於免焊式試驗電路板。(圖片來源:Logical Systems Inc.)

若是較大型的專案,可以使用免焊式試驗電路板,像是 Digilent Inc.340-002-1,這是尺寸為 9.06 in. x 6.89 in.(230 x 175 mm) 的框架安裝型試驗電路板 (圖 6)。

圖 6:340-002-1 是適合較大型專案的免焊式試驗電路板,可安裝在鋼質框架上。(圖片來源:Digilent Inc.)

340-002-1 屬於複合式試驗電路板,共有三組 630 個連接點的接線條,以及五組 100 個連接點的延長線,全都安裝在鋼構背板上。含有四個接線柱,可用於電源和接地連接。

這些免焊式試驗電路板很適合用於教學專案以及低頻電路。由於使用大型導線,會造成大量寄生電感和電容,因此不適合用在高頻電路或高速傳輸的數位電路。這些專案類型最適合建構在原型開發 PCB 上,像是 Bud Industries 的 EXN-23404-PCB (圖 7)。

圖 7:在此顯示典型的印刷電路原型開發板,元件都焊接在電路板的柵格陣列孔洞上。(圖片來源:Bud Industries)

這個原型 PCB 的尺寸為 4.02 in. x 3.87 in.(102.1 x 98.3 mm),並以 FR4 環氧樹脂玻璃製成,其厚度為 0.063 in.(1.6 mm)。電路板有一組電鍍的通孔式柵格陣列,孔洞直徑為 0.051 (1.3 mm),中心間距為 0.1 in (2.54 mm)。這種原型開發板能盡可能降低雜散電抗,且由於孔洞距離很近,因此可以使用較短的接線。可以將銅箔焊接到 PCB 的選定區域上即可組成接地層。若使用免焊式試驗電路板,也可以使用配接器,將表面黏著式 IC 接至 0.1 in 的孔洞樣式。

結論

以上列出一些簡單常見的電路原型建構方法。這些方法明顯比起 PCB 佈局的建構與製作來得更為簡單,也相當有助於瞭解您的電路。不過仍要注意這些作法的限制。

關於作者

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Arthur (Art) Pini 是 DigiKey 的特約撰稿人。他擁有紐約市立學院的電機工程學士學位,以及紐約市立大學的電機工程碩士學位。他在電子業有超過五十年以上的經驗,曾任職於 Teledyne LeCroy、Summation、Wavetek,以及 Nicolet Scientific 的重要工程和行銷職務。他對量測技術有所鑽研,並且在示波器、頻譜分析器、任意波形產生器、數位轉換器,以及電表方面有豐富的經驗。

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