Eenvoudige weerstandscircuits bouwen

Tijdens het leren over elektriciteit, wil je je eigen circuits bouwen met behulp van weerstanden en batterijen. Sommige opties zijn beschikbaar in deze kwestie van circuitassemblage, sommige gemakkelijker dan andere. In dit gedeelte zal ik een aantal fabricagetechnieken onderzoeken die u niet alleen helpen bij het bouwen van de circuits die in dit hoofdstuk worden getoond, maar ook voor meer geavanceerde circuits.

Gebruik van krokodillenklemverbindingsdraden voor circuitconstructie

Als alles wat we willen bouwen een eenvoudig circuit met enkele batterij en enkele weerstand is, kunnen we gemakkelijk krokodillenklem gebruiken jumperdraden als volgt:

Doorverbindingsdraden met "alligator"-veerclips aan elk uiteinde bieden een veilige en gemakkelijke methode om componenten elektrisch met elkaar te verbinden.

Als we een eenvoudige serieschakeling met één batterij en drie weerstanden wilden bouwen, zou dezelfde "point-to-point" constructietechniek met behulp van jumperdraden kunnen worden toegepast:

Een soldeerloze breadboard gebruiken voor complexere circuits

Deze techniek blijkt echter onpraktisch voor circuits die veel complexer zijn dan dit, vanwege de onhandigheid van de jumperdraden en de fysieke kwetsbaarheid van hun verbindingen. Een meer gebruikelijke methode van tijdelijke constructie voor de hobbyist is de soldeerloze breadboard , een apparaat gemaakt van plastic met honderden veerbelaste aansluitbussen die de ingevoegde uiteinden van componenten en/of 22-gauge massieve draadstukken verbinden. Een foto van een echt breadboard wordt hier getoond, gevolgd door een illustratie van een eenvoudig serieschakeling gebouwd op één:

Onder elk gat in het breadboard bevindt zich een metalen veerklem, ontworpen om elke ingebrachte draad of componentkabel vast te pakken. Deze metalen veerklemmen zijn onder het breadboard-vlak verbonden, waardoor verbindingen tussen ingevoegde kabels worden gemaakt. Het verbindingspatroon verbindt elke vijf gaten langs een verticale kolom (zoals weergegeven met de lange as van het breadboard horizontaal geplaatst):

Serie Circuitconstructie op een Breadboard

Dus, wanneer een draad of componentleiding in een gat op het breadboard wordt gestoken, zijn er nog vier gaten in die kolom die potentiële verbindingspunten bieden met andere draden en/of componentleidingen. Het resultaat is een uiterst flexibel platform voor het aanleggen van tijdelijke circuits. Het zojuist getoonde circuit met drie weerstanden kan bijvoorbeeld ook op een breadboard als dit worden gebouwd:

Parallelle circuitconstructie op een breadboard

Een parallelschakeling is ook eenvoudig te bouwen op een soldeerloze breadboard:

Beperkingen van het gebruik van breadboards

Breadboards hebben echter hun beperkingen. Eerst en vooral zijn ze bedoeld voor tijdelijke alleen constructie. Als je een breadboard oppakt, ondersteboven houdt en ermee schudt, zullen alle componenten die erop zijn aangesloten zeker losraken en uit hun respectievelijke gaten vallen.

Ook zijn breadboards beperkt tot circuits met een redelijk lage stroomsterkte (minder dan 1 ampère). Die veerklemmen hebben een klein contactoppervlak en kunnen dus geen hoge stromen ondersteunen zonder overmatige verhitting.

Solderen of draadwikkelen

Voor een grotere duurzaamheid zou men kunnen kiezen voor solderen of wire-wrapping. Deze technieken omvatten het bevestigen van de componenten en draden aan een structuur die een veilige mechanische locatie biedt (zoals een fenol- of glasvezelplaat met gaten erin geboord, net als een breadboard zonder de intrinsieke veerklemverbindingen), en vervolgens draden aan de beveiligde component leads.

Solderen is een vorm van lassen bij lage temperatuur, waarbij een tin/lood- of tin/zilverlegering wordt gebruikt die ook smelt en koperen voorwerpen elektrisch hecht. Draaduiteinden gesoldeerd aan componentdraden of te klein, koperen ring "pads" gebonden op het oppervlak van de printplaat dienen om de componenten met elkaar te verbinden.

Bij draadomwikkeling wordt een draad met een kleine dikte strak om de componentleidingen gewikkeld in plaats van aan kabels of koperen kussens gesoldeerd. De spanning van de omwikkelde draad zorgt voor een solide mechanische en elektrische verbinding om componenten met elkaar te verbinden.

Printed Circuit Boards (PCB's)

Een voorbeeld van een printplaat , of PCB , bedoeld voor gebruik door hobbyisten, wordt op deze foto getoond:

Dit bord lijkt met de koperen kant naar boven:de kant waar al het soldeerwerk is gedaan. Elk gat is omringd met een kleine laag kopermetaal voor hechting aan het soldeer. Alle gaten zijn onafhankelijk van elkaar op dit specifieke bord, in tegenstelling tot de gaten op een soldeerloos breadboard die in groepen van vijf met elkaar zijn verbonden.

Printplaten met hetzelfde 5-gaats verbindingspatroon als breadboards kunnen echter worden gekocht en gebruikt voor het bouwen van hobbycircuits.

Productieprintplaten hebben sporen van koper afgezet op het fenol- of glasvezelsubstraatmateriaal om vooraf ontworpen verbindingspaden te vormen die als draden in een circuit fungeren. Een voorbeeld van zo'n bord wordt hier getoond, dit apparaat is eigenlijk een "stroomvoorziening" -circuit dat is ontworpen om 120 volt wisselstroom (AC) uit een huishoudelijk stopcontact te halen en om te zetten in laagspanningsgelijkstroom (DC).

Er verschijnt een weerstand op dit bord, het vijfde onderdeel vanaf de onderkant, in het midden-rechts gedeelte van het bord.

Een blik op de onderkant van dit bord onthult de koperen "sporen" die componenten met elkaar verbinden, evenals de zilverkleurige afzettingen van soldeer die de component verbindt, leidt tot die sporen:

Een gesoldeerd of met draad omwikkeld circuit wordt als permanent beschouwd:dat wil zeggen, het is onwaarschijnlijk dat het per ongeluk uit elkaar valt. Deze constructietechnieken worden echter soms te beschouwd blijvend. Als iemand een onderdeel wil vervangen of het circuit op een substantiële manier wil veranderen, moet hij behoorlijk wat tijd investeren in het ongedaan maken van de verbindingen. Bovendien vereisen zowel solderen als draadwikkelen gespecialiseerde gereedschappen die mogelijk niet onmiddellijk beschikbaar zijn.

Aansluitstrips

Een alternatieve constructietechniek die in de industriële wereld wordt gebruikt, is die van de klemmenstrook . Klemmenstrips, ook wel barrièrestrips genoemd of klemmenblokken , bestaan ​​uit een stuk niet-geleidend materiaal met daarin verschillende kleine metalen staafjes. Elke metalen staaf heeft ten minste één machineschroef of een ander bevestigingsmiddel waaronder een draad of onderdeeldraad kan worden vastgezet.

Meerdere draden die met één schroef zijn bevestigd, worden elektrisch gemeenschappelijk voor elkaar gemaakt, evenals draden die aan meerdere schroeven op dezelfde staaf zijn bevestigd. De volgende foto toont een stijl van de klemmenstrook, met een paar draden eraan bevestigd.

Op de volgende foto wordt nog een kleinere aansluitstrip getoond. Dit type, ook wel een "Europese" stijl genoemd, heeft verzonken schroeven om te voorkomen dat de aansluitingen per ongeluk worden kortgesloten door een schroevendraaier of een ander metalen voorwerp:

Circuitconstructie op een klemmenstrook

In de volgende afbeelding wordt een circuit met één batterij en drie weerstanden getoond, geconstrueerd op een klemmenstrook:

Als de aansluitstrip machineschroeven gebruikt om het onderdeel en het draaduiteinde vast te houden, is er niets anders dan een schroevendraaier nodig om nieuwe verbindingen vast te zetten of oude verbindingen te verbreken. Sommige klemmenstroken gebruiken veerbelaste clips - vergelijkbaar met een breadboard, behalve voor verhoogde robuustheid - in- en uitgeschakeld met behulp van een schroevendraaier als duwgereedschap (geen draaien betrokken). De elektrische verbindingen tot stand gebracht door een klemmenstrook zijn behoorlijk robuust en worden geschikt geacht voor zowel permanente als tijdelijke constructie.

Een schematisch diagram vertalen naar een circuitlay-out

Een van de essentiële vaardigheden voor iedereen die geïnteresseerd is in elektriciteit en elektronica, is om een ​​schematisch diagram te kunnen 'vertalen' naar een echte circuitlay-out waarbij de componenten mogelijk niet op dezelfde manier zijn georiënteerd.

Schematische diagrammen worden meestal getekend voor maximale leesbaarheid (met uitzondering van die paar opmerkelijke voorbeelden die zijn geschetst om maximale verwarring te creëren!), maar praktische circuitconstructie vereist vaak een andere componentoriëntatie. Het bouwen van eenvoudige circuits op klemmenstroken is een manier om de ruimtelijk redenerende vaardigheid van het "rekken" van draden te ontwikkelen om dezelfde verbindingspaden te maken.

Een eenvoudig parallel circuit vertalen naar een circuitlay-out

Beschouw het geval van een parallelle schakeling met één batterij en drie weerstanden gebouwd op een klemmenstrook:

Vooruitgang van een mooi, netjes schematisch diagram naar het echte circuit, vooral wanneer de aan te sluiten weerstanden fysiek in een lineaire zijn gerangschikt mode op de klemmenstrook - is voor velen niet duidelijk, dus ik zal het proces stap voor stap schetsen. Begin eerst met het duidelijke schematische diagram en alle componenten die op de klemmenstrook zijn bevestigd, zonder aansluitdraden:

Traceer vervolgens de draadverbinding van de ene kant van de batterij naar het eerste onderdeel in het schema, waarbij u een verbindingsdraad vastzet tussen dezelfde twee punten op het echte circuit. Ik vind het handig om de draad van het schema te overtekenen met een andere lijn om aan te geven welke verbindingen ik in het echte leven heb gemaakt:

Ga door met dit proces, draad voor draad, totdat alle verbindingen in het schema zijn verwerkt. Het kan handig zijn om gemeenschappelijke draden op een SPICE-achtige manier te beschouwen:maak alle verbindingen met een gemeenschappelijke draad in het circuit als één stap, zorg ervoor dat elk onderdeel met een verbinding met die draad daadwerkelijk een verbinding met die draad heeft voordat u verder gaat naar de volgende. Voor de volgende stap zal ik laten zien hoe de bovenzijden van de resterende twee weerstanden met elkaar zijn verbonden, wat gebruikelijk is bij de draad die in de vorige stap is vastgezet:

Met de bovenkanten van alle weerstanden (zoals weergegeven in het schema) met elkaar verbonden, en met de positieve (+) pool van de batterij, hoeven we nu alleen nog de onderkanten met elkaar en met de andere kant van de batterij te verbinden:

Typisch in de industrie zijn alle draden gelabeld met nummertags, en elektrisch gemeenschappelijke draden hebben hetzelfde tagnummer, net als in een SPICE-simulatie. In dit geval zouden we de draden 1 en 2 kunnen labelen:

Een andere industriële conventie is om het schematische diagram enigszins te wijzigen om de werkelijke draadaansluitpunten op de klemmenstrook aan te geven. Dit vereist een etiketteringssysteem voor de strip zelf:een "TB"-nummer (klemmenbloknummer) voor de strip, gevolgd door een ander nummer dat elke metalen staaf op de strip vertegenwoordigt.

Op deze manier kan het schema worden gebruikt als een "kaart" om punten in een echt circuit te lokaliseren, ongeacht hoe verward en ingewikkeld de verbindingsbedrading voor de ogen lijkt. Dit lijkt misschien overdreven voor het eenvoudige circuit met drie weerstanden dat hier wordt getoond, maar dergelijke details zijn absoluut noodzakelijk voor de constructie en het onderhoud van grote circuits, vooral wanneer die circuits een grote fysieke afstand kunnen overspannen, met meer dan één klemmenstrook in meer dan één paneel of doos.

BEOORDELING:

• Een soldeerloze breadboard is een apparaat dat wordt gebruikt om snel tijdelijke circuits samen te stellen door draden en componenten aan te sluiten op elektrisch gemeenschappelijke veerklemmen die onder rijen gaten in een plastic bord zijn aangebracht.
• Solderen is een lasproces bij lage temperatuur waarbij gebruik wordt gemaakt van een lood/tin- of tin/zilverlegering om draden en componentleidingen aan elkaar te hechten, meestal met de componenten vastgezet op een glasvezelplaat.
• Draadomwikkeling is een alternatief voor solderen, waarbij draad met een kleine dikte strak om componentleidingen is gewikkeld in plaats van een gelaste verbinding om componenten met elkaar te verbinden.
• Een klemmenstrook , ook bekend als een barrièrestrook of aansluitblok is een ander apparaat dat wordt gebruikt om componenten en draden te monteren om circuits te bouwen. Schroefklemmen of zware veerklemmen die aan metalen staven zijn bevestigd, bieden verbindingspunten voor de draaduiteinden en componentleidingen. Deze metalen staven zijn afzonderlijk gemonteerd op een stuk niet-geleidend materiaal zoals plastic, bakeliet of keramiek.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Wet Oefening van Ohm met Werkblad Antwoorden
• Serie DC-circuits oefenwerkblad met antwoorden werkblad
• Serie-parallel DC-circuits werkblad