除構(gòu)建項(xiàng)目電路之外，試驗(yàn)板還經(jīng)常用于驗(yàn)證電路性能。雖然SPICE仿真是出色的工具（參見(jiàn)httpswiki.analog.comuniversitycourseselectronicscircuitsimulationnotes），但它們有其自身的局限性，通常至少有一部分關(guān)鍵電路（通常是模擬部分）需要用試驗(yàn)板來(lái)驗(yàn)證。另一方面，試驗(yàn)板也有其自身限制，因此您需要閱讀下面的試驗(yàn)板試驗(yàn)注意事項(xiàng)部分。

 

試驗(yàn)板與原型

 

盡管試驗(yàn)板和原型這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)?？梢曰Q，但是原型通常還表示在某類(lèi)印刷電路板上使用銅走線進(jìn)行互連的焊接連接。另一方面，無(wú)焊試驗(yàn)板（后文將更詳細(xì)介紹）的連接并不是固定的，而且試驗(yàn)板可以重復(fù)使用來(lái)構(gòu)建不同的電路。

 

我們開(kāi)發(fā)出了多種技術(shù)用于在印刷電路板上構(gòu)建硬連線原型電路；教程MT-1001以及Jim Williams應(yīng)用筆記AN472 對(duì)其中的一部分技術(shù)進(jìn)行了描述。但作為學(xué)生，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)這種方法太耗時(shí)而且費(fèi)力，無(wú)焊試驗(yàn)板是更為實(shí)用的解決方案。

 

使用無(wú)焊試驗(yàn)板進(jìn)行的集成電路試驗(yàn)

 

現(xiàn)代電子電路的制造方式是自動(dòng)放置表面貼裝元件以及將焊料回流到密集的多層印刷電路板上，這就增加了試驗(yàn)板試驗(yàn)或原型制作的難度。因此，許多工程師發(fā)現(xiàn)實(shí)際上在CAD系統(tǒng)上進(jìn)行電路板布局并為第一批原型裝配少量的電路板更高效。

 

但作為學(xué)生，您可能無(wú)法接觸或使用CAD系統(tǒng)和印刷電路板裝配工廠，也不具備相應(yīng)的財(cái)力。您甚至可能無(wú)法接觸焊鐵站以及小型電子元件需要使用的其他工具和機(jī)械，因此您需要另一種可靠方法來(lái)構(gòu)建原型。

 

無(wú)焊試驗(yàn)板能為實(shí)驗(yàn)或項(xiàng)目的電路原型制作提供寶貴幫助。這類(lèi)試驗(yàn)板可隨時(shí)從Digi-Key Electronics以及亞馬遜等分銷(xiāo)商處獲得。我們首先在互聯(lián)網(wǎng)上搜索無(wú)焊試驗(yàn)板?；ヂ?lián)網(wǎng)上提供了大量無(wú)焊試驗(yàn)板，而且許多的價(jià)格都很公道。

 

圖1是典型無(wú)焊試驗(yàn)板的俯視圖。這些孔的設(shè)計(jì)是為了在0.1英寸的中心上容納標(biāo)準(zhǔn)IC引腳。圖2為試驗(yàn)板的內(nèi)部視圖，顯示了引腳之間連接的細(xì)節(jié)。試驗(yàn)板的中心部分分為兩排，由多個(gè)垂直列組成，每一列有五個(gè)引腳連接在一起。試驗(yàn)板頂部和底部水平連接的兩排形成了便捷的總線，可用于供電電壓和接地連接。

 

圖1. 無(wú)焊試驗(yàn)板俯視圖。

 

圖2. 無(wú)焊試驗(yàn)板內(nèi)部連接的排列情況。

 

采用標(biāo)準(zhǔn)的雙列直插式封裝(DIP)的集成電路水平放置在試驗(yàn)板的 中心區(qū)域，如圖3所示。

 

圖3. 采用帶引線元件和雙列直插式封裝的有線無(wú)焊試驗(yàn)板。

 

電阻器和電容器等元件的引線插入孔中。每組五個(gè)孔通過(guò)下面的金屬條連接形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)是電路中兩個(gè)或多個(gè)元件連接的點(diǎn)?？赏ㄟ^(guò)將元件引線插入共同節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)元件之間的連接。試驗(yàn)板頂部和底部用紅色和藍(lán)色條紋表示的一長(zhǎng)排孔用于電源連接。插入元件并用跳線連接在一起便可構(gòu)建電路的其余部分。此類(lèi)試驗(yàn)板最好搭配使用實(shí)芯線而不是多股絞合線。為方便起見(jiàn)，還提供配有插入式引腳的跳線。

 

您還應(yīng)該配備以下幾種簡(jiǎn)單的手動(dòng)工具：

 

●     一把小鋼絲鉗，通常也稱(chēng)為對(duì)角切割器，可根據(jù)長(zhǎng)度要求切 割電線和元件

●     一把小尖嘴鉗，用于彎曲電線和引線并形成所需形狀

●     一把剝線器，用于去除跳線末端的絕緣部分

●     一把小螺絲刀，用于調(diào)節(jié)電位器等

 

使用IC

 

無(wú)焊試驗(yàn)板專(zhuān)為采用DIP封裝的IC而設(shè)計(jì)。雖然一些IC采用DIP和表貼兩種封裝，但許多僅提供表貼封裝版本。因此幾乎不可能對(duì)這些IC進(jìn)行試驗(yàn)板試驗(yàn)。作為一種解決方案的表貼部件可以安裝在適配器或分線板上，如圖4所示，它們具有DIP兼容引腳。

 

圖4. 用于表貼器件的DIP兼容分線板。

 

ADI公司的ADALP2000部件套件提供了許多常用的DIP分線板表貼IC。 如果預(yù)裝的分線板不可用，您將不得不使用空白的分線板并自行將表貼元件焊接到該分線板上。Aries Electronics, Inc.等電子元件制造商還提供表貼轉(zhuǎn)DIP分線板（搜索DIP分線板）。

 

試驗(yàn)板試驗(yàn)注意事項(xiàng)：小心使用寄生元件（電阻、電感和電容）

 

與試驗(yàn)板相關(guān)的引腳、插槽和跳線增加了可能導(dǎo)致精密直流應(yīng)用以及高速電路性能下降的寄生電阻、電感和電容。由于試驗(yàn)板沒(méi)有接地或電源層，您必須依靠難以去耦且具有寄生阻抗的接地和電源總線。因此，必須在試驗(yàn)板中實(shí)現(xiàn)每個(gè)IC的電源和接地引腳之間的正確去耦。3沒(méi)有接地層，不可能保持RF電路中所需的受控阻抗。

 

如果您堅(jiān)持使用ADALP2000部件套件中的器件，則可能不會(huì)遇到帶寬小于1 MHz的模擬電路問(wèn)題。不過(guò)，還是建議對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行完整性檢查，即用示波器探測(cè)電路中的幾個(gè)點(diǎn)，確保沒(méi)有振蕩現(xiàn)象（構(gòu)建振蕩器時(shí)才會(huì)發(fā)生此情況）。

 

數(shù)字電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)

 

到目前為止，我們一直在討論模擬電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)。但由于邊沿速度極快，數(shù)字電路面臨著巨大挑戰(zhàn)。即使您能夠以小于1 MHz的時(shí)鐘速率運(yùn)行數(shù)字電路，邏輯轉(zhuǎn)換邊沿的上升和下降時(shí)間也可能少于1 ns。沒(méi)有受控的連接阻抗，這些快速邊沿可以產(chǎn)生單位為GHz的頻率。寄生效應(yīng)造成的響鈴振蕩可能會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)和其他影響，使數(shù)字電路變得不可靠或無(wú)用。

 

如何入門(mén)

 

與其他技能一樣，在您實(shí)際需要使用之前，最好實(shí)踐一下（假設(shè)您的項(xiàng)目一周后開(kāi)始）。您可以構(gòu)建簡(jiǎn)單的電路來(lái)獲得無(wú)焊試驗(yàn)板的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。首先訪問(wèn)以下網(wǎng)址，在ADI公司電子I期和II期課程提供的實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)中構(gòu)建一些模擬電路：

 

大部分簡(jiǎn)單電路可以采用ADALP2000部件套件中的器件構(gòu)成。該套件包括各種晶體管、LED、電阻器、電位器、電容器、二極管、電感器和傳感器。它還包括各種有用的IC以及運(yùn)算放大器、比較器和調(diào)節(jié)器。此外，還有一個(gè)無(wú)焊試驗(yàn)板，并且該套件隨附各種帶引腳端的跳線。如需獲取ADALP2000套件的完整器件列表，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：httpwww.analog.comcneducation.html.

 

關(guān)于試驗(yàn)板試驗(yàn)還有很多知識(shí)，我們剛才只是介紹了基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)習(xí)這項(xiàng)技能的最好辦法就是親身實(shí)踐并從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)。祝您好運(yùn)并樂(lè)在其中。

 

提醒和測(cè)驗(yàn)問(wèn)題

 

如果您錯(cuò)過(guò)了上一期《模擬對(duì)話》中學(xué)子專(zhuān)區(qū)的第一篇文章，建議您點(diǎn)擊此鏈接查看。

 

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下方是本次的測(cè)驗(yàn)問(wèn)題。完成后，您可以在EngineerZone 上的學(xué)子專(zhuān)區(qū)社區(qū)查看答案：

 

圖5. 測(cè)驗(yàn)問(wèn)題：計(jì)算以下兩種條件下的二極管電流ID：S1打開(kāi)和S1閉合。您可以訪問(wèn)httpswww.fairchildsemi.comdatasheets1N1N914.pdf在1N914數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到二極管V-I曲線。

 

試驗(yàn)板的起源

 

試驗(yàn)板這個(gè)術(shù)語(yǔ)起源于20世紀(jì)20年代初的真空管時(shí)代。那時(shí)候人們將真空管插入插槽。插槽和其他大型元件隨后被擰入用來(lái)?yè){面的木板或釘在該木板上。這些試驗(yàn)板在當(dāng)時(shí)是元件的理想安裝平臺(tái)，最終也成了該技術(shù)的名稱(chēng)。通過(guò)在真空管插槽上相應(yīng)引腳之間焊線來(lái)實(shí)現(xiàn)互連。由重銅線制成的電源和接地總線被釘?shù)交驍Q到木板上。早期的試驗(yàn)板經(jīng)常將額外的釘子用作可包覆和焊接電線的連接點(diǎn)。端子板也用于互連點(diǎn)。

 

圖A顯示了1923年使用原始試驗(yàn)板構(gòu)造技術(shù)的無(wú)線電，它的制造商是位于密歇根州梅諾米尼市的Signal ElectricManufacturing公司。

 

圖A. 早期使用木制試驗(yàn)板技術(shù)構(gòu)建的無(wú)線電接收器。需要注意的是，真空管板電壓可以高達(dá)300 V dc，因此在施加電源后必須小心謹(jǐn)慎。

 

隨著真空管變小和頻率增加，鋁制底盤(pán)盒經(jīng)常用于電路的試驗(yàn)板試驗(yàn)。在底盤(pán)中穿孔用于安裝真空管插槽，端子板允許電路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線，如圖B所示。這種技術(shù)減小了電路尺寸，而鋁制底盤(pán)提供了高頻電路經(jīng)常需要的低阻抗接地層。

 

圖B. 采用鋁制底盤(pán)構(gòu)造的三管無(wú)線電試驗(yàn)板的俯視圖和底視圖，顯示用于互連點(diǎn)的真空管插槽和端子板。4

 

由于20世紀(jì)50年代引入了晶體管，20世紀(jì)60年代引入了集成電路，元件尺寸得以大幅降低，從而使本專(zhuān)欄中描述的更適合電路原型制作的其他構(gòu)造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生（另請(qǐng)參見(jiàn)MT-100和Jim Williams的應(yīng)用筆記 AN47），但試驗(yàn)板這一術(shù)語(yǔ)仍然是常用的描述。

 

參考電路

 

1 教程MT-100，試驗(yàn)板試驗(yàn)和原型制作技術(shù). 。ADI公司.

 

2 Jim Williams. 應(yīng)用筆記AN47，高速放大器技術(shù)。Linear Technology Corporation，1991年8月Jim于2011年離世，他是一位傳奇的電路設(shè)計(jì)師、應(yīng)用工程師以及高性能模擬電路原型構(gòu)建專(zhuān)家。本應(yīng)用筆記列出了Jim的許多高速原型構(gòu)建技術(shù)示例。

 

3 教程MT-101，去耦技術(shù)。ADI公司

 

4Max Robinson。真空管研究之樂(lè)趣。請(qǐng)務(wù)必閱讀EE Web上Max鼓舞人心的文章，網(wǎng)址為httpwww.eeweb.comspotlightinterview-withmax-robinson.

 

 

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