Робототехника · Основы электроники · 5–6 классы
Макетная плата: ряды
Светодиод горит в одном отверстии, а в соседнем нет — как внутри платы соединены отверстия?
Ситуация
Первое занятие кружка робототехники. На столе белая плата с множеством отверстий — макетная плата (breadboard), батарейка, резистор, красный светодиод и несколько проводов. Учитель показал схему, а вы воткнули детали в отверстия — светодиод не горит. Но стоит перенести провод на одно отверстие в сторону — и он загорается! Почему? Что внутри платы, какие отверстия соединены друг с другом? Загляните внутрь платы, расставьте детали и сами найдите и исправьте самые частые ошибки кружка.
Тема
Макетная плата (breadboard): как соединены ряды. Первое занятие в кружке: металлические полоски внутри отверстий — какие отверстия соединены между собой
Ключевые понятия
- Полоска из пяти отверстий
- Промежуток посередине
- Шины питания
Формулы
Пять отверстий одного столбца (a–e) соединены внутри одной металлической полоской; f–j — другой полоской. Промежуток посередине разделяет их.
Если цепь собрана правильно, ток ограничивает резистор: А = 12 мА. Без резистора ток доходит до ампера — светодиод сгорает (подробнее в 7 классе).
Если два светодиода включить параллельно (аноды на одной полоске, катоды на другой), ток между ними делится — при одном резисторе каждому достаётся половина.
Теория
Зачем нужна макетная плата
Макетная плата (breadboard) нужна, чтобы собирать схему без пайки. Вы втыкаете ножки деталей в отверстия, а если нужно — вынимаете и переносите в другое место. Расстояние между отверстиями — 2,54 мм, как раз шаг ножек микросхем и модулей. Но плата не «соединяет все отверстия подряд»: внутри неё есть чёткое правило.
Внутри платы: пять отверстий — одна полоска
Если заглянуть внутрь платы («Заглянуть внутрь»), под каждым столбцом лежит металлическая полоска-зажим: отверстия a, b, c, d, e на одной полоске — они соединены. f, g, h, i, j — на другой полоске. Соседний столбец (например, 12 и 13) не соединён. Поэтому, чтобы две детали были соединены, их ножки должны быть в одной половине одного столбца.
Промежуток посередине
Канавка посередине платы — промежуток — разделяет ряды e и f: e12 и f12 не соединены. Так сделано нарочно: микросхемы ставят на промежуток, один ряд ножек попадает на сторону a–e, другой — на сторону f–j, и они не замыкаются. Новички часто думают, что e и f — «один столбец», и схема не работает.
Шины питания
Две длинные линии по краям — шины: красная линия «+», синяя «−». Вдоль шины все отверстия соединены (по 5 штук в группах, но это одна полоска). Провод «+» от батарейки втыкают в шину «+», а провод «−» — в шину «−»; после этого легко брать питание в любом месте. Внимание: на длинных платах (830 отверстий) шина разделена посередине — две половины нужно соединить проводом, иначе одна половина останется без питания.
Классические ошибки
1) Обе ножки светодиода на одной полоске (c12 и a12) — полоска их замыкает, ток обходит светодиод, и он не горит. 2) Деталь «соединена» через промежуток (e12 ↔ f12) — на самом деле цепь разорвана. 3) Провод воткнут в шину без питания. 4) Светодиод перевёрнут — длинная ножка (анод) должна быть со стороны «+». 5) Светодиод без резистора — ток превышает предел в 30 раз, светодиод мгновенно сгорает. 6) Провода «+» и «−» на одной полоске — короткое замыкание, батарейка нагревается.
О модели
Сопротивление полосок не учитывается (на самом деле несколько миллиом). Модель светодиода кусочная: до 1,9 В тока нет, потом сопротивление 2 Ом; норма 20 мА, предел 30 мА — если превысить, светодиод со временем сгорит (при 1 А — мгновенно). Батарейка 3 × AA = 4,5 В, внутреннее сопротивление 0,45 Ом; при коротком замыкании течёт ≈ 10 А и батарейка нагревается (настоящая батарейка тоже, но здесь она не взорвётся). В каждое отверстие помещается только одна ножка.
Знаете ли вы?
- Макетную плату без пайки разработал в 1971 году американец Рональд Дж. Португал (E&L Instruments). «Breadboard» — «хлебная доска»: в начале XX века радиолюбители собирали схемы, прибивая детали гвоздиками к деревянной разделочной доске для хлеба на кухне — отсюда и название.
- Расстояние между отверстиями платы — 2,54 мм, ровно 0,1 дюйма. Этот шаг достался от первых DIP-микросхем 1960-х годов: поэтому сегодняшние Arduino, модули датчиков и микросхемы прекрасно встают в макетную плату.
Что внутри эксперимента
Настоящая плата в рисованной изометрии: вы поворачиваете её, ставите детали, собираете цепь, пишете и загружаете код — ток и напряжение считаются сразу, а при ошибке деталь сгорает. Внутри — задания, теория, тест и экскурсия.
Другие эксперименты раздела
- Электрическая цепь: фонарик — 5–6 классы
- Светодиод и резистор: закон Ома — 7 класс
- Резисторы: цветовая маркировка — 7 класс
- Делитель напряжения и потенциометр — 7 класс