Płytka stykowa – Jak to działa?

Płytki stykowe to narzędzia powszechnie stosowane przez elektroników każdej specjalności – zarówno profesjonalistów pracujących w swoim zawodzie, jak i studentów, majsterkowiczów oraz osoby dopiero stawiające pierwsze kroki w tej dziedzinie. Są to przyrządy, które stosowane są najczęściej w celu uniknięcia konieczności lutowania elementów elektronicznych (z różnych powodów). Warto znać płytkę stykową oraz zasadę jej działania, aby z powodzeniem móc ją wykorzystywać w swoich projektach lub być w stanie zreperować taki przyrząd.

Płytka stykowa – do czego służy?

Płytki uniwersalne wszelkiego rodzaju to narzędzia, których główny zadaniem jest ograniczenie potrzebnego koniecznego czasu do budowy działającego układu elektronicznego. Bardzo często takie układy muszą być budowane w celu przeprowadzenia eksperymentów w ramach danego projektu. Stosowanie takich płytek zazwyczaj ma na celu uniknięcie wielokrotnej konieczności wykonywania prawie tego samego urządzenia (przy wprowadzeniu jedynie nieznacznych poprawek). Standardowa płytka drukowana w dzisiejszych czasach wymaga zaprojektowania układu, wydrukowania go na odpowiednim nośniku (na przykład na folii), wykorzystania światłoczułej płytki laminowanej, wytrawienia nadmiaru miedzi, wykonania potrzebnych otworów i przylutowania elementów elektronicznych. Jakikolwiek błąd w projekcie oznaczałby konieczność zmiany lutowanego układu (demontaż przylutowanych komponentów elektronicznych) lub zbudowanie go od nowa. Płytki stykowe pomagają uniknąć znacznej części tych czynności. Jednym ze stadiów weryfikacji poprawności zaprojektowanego elektronicznego schematu połączeniowego jest sprawdzenie poprawności jego działania. Płytka stykowa nie tylko umożliwia skorzystanie z szansy wygodnego i szybkiego wykonania tego zadania, ale również otwiera możliwość praktycznie natychmiastowej korekty w krótkim czasie.

Nowe możliwości dla początkujących

Warto zwrócić uwagę na fakt, że płytki stykowe to również znakomita możliwość dla początkujących elektroników. Takie narzędzie jest bardzo chętnie wykorzystywane przez studentów uczelni technicznych, którzy chcą mieć możliwość szybko testować zaprojektowane przez siebie układy. Bardzo często takie osoby nie potrafią jeszcze posługiwać się lutownicą, mają utrudniony dostęp do tego typu sprzętów oraz niewystarczające środki, aby samemu sobie zapewnić własną lutownicę. Korzystanie z płytek stykowych to oszczędność czasu i pieniędzy dla każdego początkującego elektronika.

Jak zbudowana jest płytka stykowa?

Na rynku sprzętu elektronicznego można znaleźć wiele odmian płytek stykowych, ale główne różnice między poszczególnymi modelami to przede wszystkim rozkład połączeń. Aby zrozumieć w pełni, w jaki sposób korzystać z płytki stykowej, warto dowiedzieć się, w jaki sposób jest zbudowana. Z perspektywy użytkownika jest to plastikowa płytka grubości kilku centymetrów (około dwóch lub trzech). W rzucie z góry wygląda najczęściej jak prostokąt o bokach o boku około 5,5 centymetra oraz na przykład 8,2 centymetrów (poszczególne modele najczęściej różnią się między właśnie tym wymiarem – długością). Większość powierzchni pokryta jest niewielkimi regularnie rozmieszczonymi otworami. Najpopularniejsze modele podzielone są na dwie części, które są swoimi lustrzanymi odbiciami. Za podziałkę (i oś) służy podłużne zagłębienie w obudowie, które jest równoległe do dłuższego boku prostokąta – znajduje się dokładnie po środku płytki. Przy krawędziach opisywanego prostokąta znajdują się po dwie równoległe linie stworzone z regularnie rozmieszczonych otworów. Opisywane dziurki przystosowane są do umieszczania w nich końcówek specjalnych przewodów połączeniowych lub wyprowadzeń z komponentów elektronicznych. Każda z opisywanych powyżej linii przy krawędzi pełni rolę swego rodzaju “rozdzielnika”, które większość ludzi dzisiaj stosuje w mieszkaniach do rozdzielania energii elektrycznej na wiele urządzeń. Podłączenie do dowolnego otworu wzdłuż jednej linii można przyrównać do podłączenia się do gniazda w przedłużaczu. Oznacza to, że na przykład po podłączeniu odpowiednim przewodem plusa z baterii do dowolnego otworu z pierwszej linii oraz minusa z tej samej baterii do otworu z drugiej linii, odpowiednie otwory będą mogły zostać wykorzystane do przekazania zasilania z baterii. 

W takim wypadku korzystając z dwóch kolejnych przewodów można uruchomić silniczek elektryczny – podłączając przewody wychodzące z dwóch linii do dwóch biegunów silniczka. Takie linie znajdują się zazwyczaj przy obu krańcach płytki stykowej i najczęściej są oznaczone czerwonym oraz niebieskim kolorem oraz posiadają odpowiednie podpisy (plus i minus). Służą do tego, aby na płytce można było łatwo korzystać z podłączonego zasilania. Na dalszej części płytki znajdują się zazwyczaj podobne połączenia, jednak składają się ze znacznie mniejszej ilości otworów (zazwyczaj jest to 5 otworów) i ustawione są prostopadle do linii zasilających. Ilość takich rzędów jest najczęściej zależne od długości linii odpowiadającej za zasilanie. 

Na drugiej połowie płytki znajduje się lustrzane odbicie pierwszej połowy – oznacza to, że znajduje się tam tyle samo rzędów otworów połączeniowych oraz przy drugiej, dłuższej krawędzi prostokąta równoległe do niej dwie linie odpowiadające za zasilanie. Po zdjęciu plastikowej obudowy powinno być jasne, w jaki sposób działa taki zestaw połączeń. W rzeczywistości są to dwie długie metalowe listwy przy każdej z krawędzi oraz wiele znacznie krótszych metalowych listew prostopadle do nich ustawionych. Pod każdym otworem w plastikowej obudowie w opisywanych listwach wyprofilowane są specjalne wejścia na przewody połączeniowe.

Stabilizacja położenia płytki na powierzchni

Na dole płytki najczęściej przyklejona jest taśma dwustronna klejąca, która ma za zadanie ustabilizować płytkę na powierzchni, na której zostanie umieszczona. Warto pamiętać, że taśma wykorzystana raz nie będzie się nadawała już więcej do użytku, dlatego dobrze jest przykleić płytkę w miejscu, które będzie przeznaczone tylko dla niej (na przykład drewniana deska, albo biurko w pracowni elektroniki).

Jak działa płytka stykowa?

Płytka stykowa to narzędzie, które ma ułatwić połączenie elementów elektronicznych bez używania do tego celu lutownicy i spoiwa. Najłatwiej będzie, jeśli elektronik będzie trzymał się niepisanych zasad, które obowiązują przy korzystaniu z takiego narzędzia. Zasilanie najlepiej jest podłączyć do jednej z par bocznych listew (tych ustawionych wzdłuż dłuższego boku), odpowiednio do plusa i minusa. Jeżeli do układu lepiej sprawdzi się opcja z dwoma różnymi źródłami zasilania, po drugiej stronie płytki najczęściej znajduje się bliźniacza para listew. Natomiast jeżeli wygodnie będzie mieć po obu stronach to samo zasilanie, warto połączyć oba końce płytki ze sobą (odpowiednio: plus do plusa i minus do minusa). Odległości między otworami (raster) celowo wynosi dokładnie 0,1 cala (w przeliczeniu dokładnie 2,54 mm). Taka odległość jest optymalna, ponieważ to najpopularniejszy rozstaw złącz w układach scalonych i innych komponentach stosowanych w elektronice. Na środku znajdują się dwie kolumny, w których za dowolną komórkę z danego wiersza odpowiada zawsze ta sama listwa (zazwyczaj w jednym wierszu jest 5 komórek). Są dwie takie kolumny, ale wiersze na tej samej wysokości się nie łączą. Takie ustawienie powoduje, że przykładowa płytka stykowa, która posiada około 30 wierszy w kolumnie ostatecznie posiada 400 otworów. Składa się na to 30 wierszy po 5 otworów (150 otworów), oprócz tego jest druga identyczna kolumna (kolejne 150 otworów) i dwie pary listew po 25 otworów (25 razy 2 i ponownie razy dwa jest równe 100). Podsumowując – w każdej kolumnie może zostać obsłużonych 30 sygnałów, każdy z nich ma do tego celu przeznaczonych 5 otworów.

Dlaczego płytka stykowa jest tak przydatna dla początkujących?

Bardzo wiele osób, które zaczynają bądź chcą zacząć naukę elektroniki, obawia się konieczności szybkiego opanowania obsługi lutownicy. Lutownica kolbowa to narzędzie powszechnie stosowane przez elektroników (przede wszystkim do topienia spoiwa przewodzącego prąd lub rozgrzewania łączonych elementów). Praca z takim urządzeniem często wymaga opanowania, wysokiej precyzji i umiejętnego operowania bardzo gorącym elementem, z którym zetknięcie może grozić trwałym uszczerbkiem na ciele. Wielu przyszłych elektroników odkłada moment podjęcia praktycznych działań, zostając dłużej przy teoretycznych rozważaniach i obliczeniach. Niestety, takie podejście może przyczyniać się do spowolnienia nauki. Praktyczne zadania pozwalają znacznie szybciej i pełniej zrozumieć istotę analizowanych zjawisk. Nawet wykonanie prostego obwodu, którego zadaniem jest jedynie zasilenie diody, pozwoli znacznie lepiej i szybciej zrozumieć zachodzące procesy fizyczne oraz sens i znaczenie rysowanych schematów układów elektronicznych.

Przykłady zastosowania płytki

Płytkę stykową (płytkę prototypową) można wykorzystywać do bardzo wielu zadań – zarówno sama płytka, jak i przewody połączeniowe mogą służyć przez wiele lat bez straty jakości.

Zasilanie diody LED

Znakomitym przykładem może być nieskomplikowany układ, którego główną funkcją ma być dopuszczanie i odcinanie zasilania od diody elektroluminescencyjnej. Układ jest bardzo prosty, ale wymaga znajomości podstawowych praw, jakimi rządzi się elektronika. Wykonanie takiego zadania samodzielnie przez osobę, która dopiero się uczy, to milowy krok w nauce i zrozumieniu wielu zagadnień z elektroniki. To także znakomita motywacja, dzięki której osoba wykonująca zadanie doświadcza namacalnych dowodów umiejętności, które nabyła.

Cyfrowy metronom

Oczywiście płytka stykowa daje znacznie większe możliwości. Oprócz oczywistych wartości płynących z możliwościa poznawania efektów pracy elektronika bez konieczności umiejętności lutowania, takie narzędzie znakomicie sprawdza się podczas prototypowania nowych urządzeń. Przykładowo, można ją wykorzystać do pracy przy budowie metronomu. Załóżmy, że za pomocą wizualizacji na diodach miałby on imitować ruch wahadła z analogowego metronomu oraz generować sygnał dźwiękowy za każdym razem, kiedy wirtualne wahadło znalazłoby się w maksymalnym wychyleniu (na wzór analogowego urządzenia). Tempo miałoby być zadawane dzięki zmierzonemu czasowi między dwoma sygnałami nadawanymi za pomocą przycisku obsługiwanego przez użytkownika. Do zbudowania takiego urządzenia byłoby konieczne zasilanie, układ logiczny (taki jak na przykład ATmega32), rezystory, przycisk, prawdopodobnie również kondensatory (do filtrowania sygnału z przycisku), tranzystory, buzzer i zewnętrzny kwarc (do dokładniejszego odmierzania czasu między kliknięciami przycisku). Wszystkie te elementy wykonane w technologii THT (przewlekanej) można z łatwością podłączać do płytki stykowej. Przed podjęciem próby wykonania ostatecznej wersji urządzenia warto upewnić się, że program do mikroprocesora oraz schemat jest wykonany prawidłowo. W tym celu warto według własnych instrukcji połączyć odpowiednio cały układ za pomocą płytki stykowej (pamiętając, aby zasilanie podłączyć na samym końcu). Nawet tak niewielka płytka, jak została opisana powyżej (400 otworów) byłaby w stanie bez problemu obsłużyć tego typu urządzenie. 

Inne projekty

Przedziałek wykonany wzdłuż dłuższych boków pośrodku płytki stanowi miejsce, które doskonale sprawdza się do montażu układów scalonych. Umieszczając każde wyprowadzenie układu scalonego w otworach przynależących do innych wierszy (tak, aby w każdym pozostało jeszcze po 4 miejsca wolne), zapewnisz sobie wygodny dostęp do każdej “nóżki”. Będziesz mógł dzięki temu z łatwością przekazywać wysyłane z nich sygnały, doprowadzać je do nich lub na przykład zasilać w ten sposób układ. Łącznie z innymi elementami (rezystory, diody, tranzystory, przycisk czy buzzer) możesz wykonywać, korzystając z niewielkich przewodów połączeniowych z cienkimi wtykami męskimi.

Do czego płytka się nie nadaje?

Płytka stykowa znakomicie sprawdza się podczas prototypowania różnych sprzętów, lub jako narzędzie do nauki elektroniki w praktyce. Warto zauważyć, że tego typu narzędzie nie może stanowić godnego zastępstwa prawdziwej płytki drukowanej. Zapewnia znakomitą możliwość szybkiego prototypowania i korekty gotowych układów elektronicznych, ale z wielu względów nie może zastąpić gotowego urządzenia wykonanego z wykorzystaniem na przykład płytki drukowanej. Przede wszystkim wymiary takiej płytki nie podlegają korekcji – płytka drukowana może przybrać dowolny kształt, którego głównym ograniczeniem jest dostateczna ilość miejsca konieczna do wykorzystania w celu montażu elementów elektronicznych. Połączenia między nóżkami lub wtykami poszczególnych komponentów a listwami z otworami są zbyt słabe. Z czasem mogą stawać się coraz mniej skuteczne, ponieważ są przystosowane jedynie do krótkotrwałej pracy. Mechaniczne wstrząsy mogą być powodem rozłączenia listew z przewodami, a oprócz tego sprężystość metalu również może zmaleć wskutek wielokrotnego użycia, przez co połączenia stałyby się mniej stabilne i ich opór wzrósłby.

Jakie są alternatywy płytek stykowych?

Płytki uniwersalne to narzędzia, które były stosowane już w dwudziestym wieku. Za granicą popularnie stosowane nazewnictwo to “breadboard” – takie określenie w dosłownym tłumaczeniu oznacza deskę chlebową. Swoją charakterystyczną nazwę zawdzięcza elektronikom, którzy z braku innych narzędzi stosowali drewniane deski (często używane wcześniej do krojenia chleba). Elementy elektroniczne były mocowane do drewna za pomocą śrub, gwoździ czy pinezek. W Internecie lub w muzeach można z łatwością znaleźć fotografie wykonanych w ten sposób na przykład lampowych odbiorników radiowych.

Pajączki

Obecnie realną alternatywą dla płytek stykowych są między innymi tak zwane “pajączki”. Szczególnie często stosowane są podczas prototypowania urządzeń elektronicznych, natomiast rzadziej przez osoby, które się dopiero uczą, ponieważ metoda jest intuicyjna tylko na początku składania urządzenia. Polega na łączeniu przewodów i nóżek “w powietrzu” – chodzi o to, że nie jest do tego celu wykorzystywana żadna płytka z listwami ani ścieżkami przewodzącymi. Wszelkie połączenia wykonywane są przy pomocy przewodów połączeniowych, które łączą różne elementy tworząc tym samym bardzo chaotywnie wyglądającą siatkę z kabelków – stąd nazwa “pająk”.

Stripboardy

Inną często stosowaną metodą są płytki typu “stripboard”, które są pokryte całą siatką otworów połączeniowych. Ścieżki połączone są w regularny sposób, dzięki czemu podczas lutowania przerywając i łącząc odpowiednie ścieżki można uzyskiwać pożądany efekt bez niepotrzebnego trawienia płytki drukowanej.

Obie opisane metody nie unikają całkowicie konieczności stosowania lutownicy, co jest zdecydowaną wadą dla osób uczących się dopiero elektroniki. Oprócz tego, prototyp wykonany dowolną z opisanych metod w dużej części zużyje zastosowane komponenty. Odlutowanie lub wycięcie elementów jest bardzo często możliwe, jednak wiąże się z dodatkowymi kłopotami, a często wymaga również specjalistycznego sprzętu (takiego jak na przykład funkcja hot air, która pozwoli na możliwie najmniejsze straty podczas rozgrzewania spoiwa, które łączy komponent z przewodem lub płytką). 

Co robić, kiedy płytka stykowa przestaje działać?

Co zrobić, kiedy okazuje się, że nie ma już jak używać płytki stykowej? Może to się zdarzyć na przykład po bardzo długim okresie użytkowania lub w wyniku częstego stosowania komponentów lub przewodów o szerokich wyprowadzeniach. Mechanizmy pozwalające na umieszczenie połączeń w listwie to w rzeczywistości właściwości fizyczne zastosowanego metalu. Chodzi o trwałość pamięci kształtu w zastosowanym przewodniku, z którego wykonane są listwy połączeniowe. W miejscu otworów są one ukształtowane tak, aby wprowadzany przewód był w stanie je rozchylić, a następnie, aby był utrzymywany dzięki stałym “staraniom metalu” w celu powrócenia do pierwotnego kształtu.

 

Dodaj komentarz