Wie kann ich mögliche Probleme mit meinen Steckbrettern diagnostizieren?

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Ich bin ein EE-Professor und in meinem digitalen Labor hatten meine Schüler diese Woche Probleme mit Steckbrettern (etwas in Anlehnung an diese Frage ). Die Komponenten schienen zu funktionieren, wenn sie in einen anderen Bereich auf der Platine verschoben wurden, und ich half bei der Fehlerbehebung, sodass ich nicht glaube, dass es sich um einen Schülerfehler handelt.

Was sind die Probleme, die ein Steckbrett plagen können, und wie kann ich sie diagnostizieren? Ist es so einfach, jede Platine von der Plattform abzuschrauben und die Klemmenleisten zu überprüfen? Muss ich die Streifen entfernen? Gibt es ein Tool, mit dem ich Pin für Pin prüfen kann?

Zitrone Twist
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Ich benutze sie nicht mehr viel, aber vor Jahren hatte ich Probleme mit ihnen, die meiner Meinung nach darauf zurückzuführen waren, dass zu schwere Zuleitungen durch die Löcher gedrückt und die Kontakte zerdrückt wurden.
Tut
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Das tust du nicht. Sie ersetzen die schlechten durch gute und lassen sich von den Schülern nicht missbrauchen
Scott Seidman
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@Andyaka vergiss nicht, dass jemand, der von Beruf Physiker ist, Professor für die EE-Abteilung an einer Fachhochschule sein und Labore unterrichten könnte. Vielleicht ist es nicht immer perfekt, aber so müssen kleinere Institutionen arbeiten, und oft ist das kooperative Lernen von Lehrern und Gelehrten ziemlich effektiv, um wesentliche Konzepte zu kommunizieren. Nicht jeder studiert an einer technischen Universität mit mehr als 10.000 Studenten!
Marcus Müller
Ich bin eigentlich ein EE, der an einem Community College unterrichtet. Wir haben also ganz andere Probleme als eine Universität!
Lemontwist
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Mein Lieblingsschaden am
Steckbrett ist

Antworten:

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Richtige Verwendung von Steckbrettern

Die Steckplatinen mit Reihen von fünf 0,1-Zoll-Sockeln, von denen Sie anscheinend sprechen, können sehr nützlich sein, aber auch missbraucht werden. Es lohnt sich, ein paar Minuten darüber nachzudenken, wie man solche Steckbretter benutzt und wie man sie pflegt.

Das Wichtigste, um Steckbretter nicht zu missbrauchen, ist, keine zu großen Kabel anzuschließen. Dadurch können die Kontakte verklemmt und zusammengedrückt werden, anstatt wie beabsichtigt zur Seite zu springen. Bei zu großen Kabeln muss der Kunststoff über dem Kontakt in der Regel durch Vergrößern des Lochs leicht zerbrochen werden. Dadurch können die Leitungen der richtigen Größe etwas seitlich eingeklemmt werden, sodass jetzt auch diese Leitungen eine der Federklemmen knacken können.

Achten Sie darauf, die Kabel gerade nach unten zu schieben. Auch dies hält sie davon ab, auf eine nicht beabsichtigte Weise auf eine der Federn zu drücken.

Leider werden Studenten Studenten sein und haben kein langfristiges Interesse an den Steckbrettern. Sie müssen nur ihr Projekt erledigen. Ob das Steckbrett Mist ist, nachdem sie fertig sind, ist das Problem eines anderen.

Steckbretter als Lehrbücher

Die Lösung ist, dass Sie Steckbretter wie Bücher betrachten. Jeder EE sollte ein oder zwei Steckbretter zum Experimentieren haben. Das Wissen, wie man es richtig benutzt, wie man es pflegt und die speziellen Schaltungsprobleme aufgrund von Steckbrettern sind nützliche Dinge, die professionelle EEs wissen müssen. Jeder Schüler muss seine eigenen Steckbretter kaufen. Auf diese Weise sind sie motiviert, sie nicht zu missbrauchen. Wenn sie das tun, lernen sie eine Lektion, bevor der Chef oder Mitarbeiter sie für einen Idioten hält.

Nicht alle Steckbretter sind gleich. Kaufen Sie nicht nur für den Preis, besonders wenn sie aus dem fernen Osten des fragwürdigen Erbes stammen. Sobald Sie eine gute Quelle gefunden haben, können Sie möglicherweise einen Mengenkauf arrangieren, damit Ihre Schüler sie zu einem angemessenen Preis erhalten.

Schaltungsprobleme

Viele Leute werden sofort alles, was nicht auf einem Steckbrett funktioniert, dafür verantwortlich machen, dass es auf einem Steckbrett liegt. Suchen Sie auf dieser Site nach "Steckbrett", und Sie werden viele Kommentare sehen, die heiliger sind als Sie. Das ist größtenteils falsch.

Steckbretter können sehr nützlich sein, um grundlegende Schaltkreise auszuprobieren und zu überprüfen. Dies sind genau die Dinge, die EE-Studenten tun sollten. Es gibt jedoch einige Probleme:

  1. Es gibt keine Grundebene. Manchmal macht das nicht viel aus. Es kann hilfreich sein, das Steckbrett mit einem Bindepfosten auf einer Metallplatte zu befestigen, sodass Sie die Platte mit einem einzigen Draht an das Steckbrett anschließen können. Sie können auch eine der horizontalen Busleisten auswählen, um die Platte dauerhaft zu binden. In diesem Fall müssen Sie es sorgfältig kennzeichnen.

    Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Grundplatte unter Ihren Arbeitsbereich zu legen. Es kann so einfach sein, wie an einem Stück Pappe zu arbeiten, unter dem sich eine Aluminiumfolie befindet, die mit dem Bodennetz auf dem Steckbrett verbunden ist.

    Denken Sie daran, dass bei einigen Steckbrettern, insbesondere bei den günstigeren, die Unterseite der Federklemmen darunter freiliegt. Sie werden zu allem kurzschließen, worauf sie sitzen. Bitten Sie Ihre Schüler, immer etwas Isolierband über die blanken Kontakte auf der Unterseite solcher Steckbretter zu kleben.

  2. Die Kontakte haben jeweils einen Widerstand. Meistens spielt das keine Rolle. Stellen Sie sich Kontakte auf dem Steckbrett nur für Signale und kleine Ströme vor (wie zum Beispiel für die Versorgung eines Logikchips). Lassen Sie den Motor nicht durch das Steckbrett laufen. Dies kann den Kontakt überhitzen und zu Oxidation und Langzeitproblemen führen.

  3. Zwischen benachbarten Spalten besteht eine gewisse Kapazität. Dieses Problem ist weitgehend überbewertet, kann aber für besonders empfindliche analoge Schaltungen von Bedeutung sein.

  4. Sie sind nicht für hohe Frequenzen. Dies ergibt sich tatsächlich aus dem Fehlen einer Massefläche und den größeren als üblichen parasitären Kapazitäten. Es scheint jedoch, dass die Leute dies zu leicht vergessen.

    Beachten Sie auch, dass dies für analoge Signale wichtiger ist als für digitale. Es ist unwahrscheinlich, dass ein 8-MHz-Quarz für einen Mikrocontroller ein Problem darstellt, aber selbst ein 1-MHz-Funkempfänger verhält sich auf einem Steckbrett anders.

  5. Sie sind nur für Durchgangsbauteile und ICs in DIP-Gehäusen vorgesehen. Beide sind den Weg der Dinosaurier gegangen. Trotzdem lohnt es sich, sich mit dem Nutzen von Steckbrettern, insbesondere für das Lernen, zu befassen. Da Sie in der Lernbranche tätig sind, sollten Sie einen Vorrat an ¼ W Durchgangswiderständen und anderen Teilen bereithalten. Sie können immer noch viele Kondensatoren in Durchgangsversionen erhalten.

    Es gibt auch Trägerplatinen von Hobby-Anbietern, die gängige Oberflächenmontage-Pakete aufnehmen und an eine Reihe von Stiften führen, die speziell zum Einstecken in Steckplatinen vorgesehen sind. Es ist sinnvoll, diese in Ihrem Labor bereitzuhalten. Sie sollten sie auf jeden Fall für die Pakete SOT-23-3, SOT-23-6 und SOIC-14 haben.

Fehlerbehebung

Was ich normalerweise zum Debuggen von Breadboard-Schaltkreisen mache, ist das Aufstecken eines 24-Gauge-Einzeldrahts auf jede Oszilloskop-Sonde. Die Erdungsklemmen der Sonde führen zu einem kurzen Draht, der mit einem ca. 6 mm langen abisolierten Ende vom Steckbrett absteht. Auf diese Weise können zwei Erdungsclips für die Oszilloskopsonde angebracht werden.

Jetzt stecken Sie einfach die anderen Enden der 24-Gauge-Drähte in die Pads auf dem Steckbrett, von denen Sie das Signal sehen möchten.

Seien Sie nicht faul, indem Sie den Clip von einer Zielfernrohrsonde entfernen und das scharfe Ende der Sonde direkt in ein Loch auf dem Steckbrett stecken. Erstens sind diese spitzen Teile normalerweise etwas zu dick für ein Steckbrett. Der wahre Grund ist jedoch, dass Sie früher oder später versehentlich mit der Hand über die Sonden streichen, die vom Steckbrett herausragen. Dadurch werden entweder die spitzen Enden der Sondenspitzen abgeknickt, der Steckbrettstift beschädigt oder beides.

Zusammenfassung

Steckbretter können auch in einer professionellen Umgebung nützlich sein. Diese Tools sollten Ihren Schülern zur Verfügung stehen, sie sollten lernen, richtig zu pflegen und sie zu verwenden, wenn die richtigen Umstände eintreten. Sie eignen sich auch hervorragend zum Erlernen von Schaltkreisen und zum Erlernen der wichtigsten Informationen zu Schaltkreisen, die Sie nicht aus Büchern erhalten.

Ihre Schüler müssen sicherlich die Theorie und die Mathematik hinter der Elektronik verstehen, aber das ist nur ein Teil davon, ein EE zu sein. Wenn ich EE-Kandidaten interviewe, muss ich natürlich sehen, dass sie die Theorie kennen. Die meiste Zeit des Interviews werde ich jedoch nach der Elektronik-Intuition suchen, die nur das Experimentieren Ihnen geben kann.

Gute EEs sehen sich einen Schaltplan an und sehen, wie die Spannungen gedrückt werden und Ströme fließen. Sie sehen einen Transistor, einen Operationsverstärker oder einen Kondensator oder fast jeden Teil davon, was er in einer Schaltung "bedeutet", und nicht nur einige Gleichungen zum Lösen des Stroms auf vier Dezimalstellen. Der Unterschied zwischen einem echten EE und jemandem, der nur Werte in Gleichungen einfügt, besteht darin, dass er die Bausteine ​​"kennt" und die Elektronik auf eine Weise versteht, die es Ihnen ermöglicht, Schaltkreistopologien zu entwickeln, die Sie noch nie zuvor gesehen haben von dem, was die Schaltung tun muss. Es braucht Experimente, um zu sehen, wie sich Theorie und Praxis unterscheiden, Stunden, in denen man sich fragt, warum der einfache Verstärker, der in der Theorie großartig aussieht, tatsächlich oszilliert, wenn man ihn baut.

Es ist wahrscheinlich 10 Jahre her, seit ich das letzte Mal mit einer Schaltung experimentieren musste, bis es Sinn machte, ein Steckbrett zu verwenden, aber solche Dinge tauchen gelegentlich auf. Ich bin seit 1980 professioneller Elektrotechniker und habe früher in meiner Karriere eher Steckbretter verwendet. Ich glaube, das lag daran, dass damals die meisten Teile mit einer Teilung von 0,1 Zoll durchbohrt waren, die Kosten und die Bearbeitungszeit für die Herstellung von PC-Karten höher waren und die Schaltungen analoger waren.

Wenn ich zurückdenke, war das letzte Mal, dass ich ein Steckbrett für real verwendete, die Entwicklung einer Schaltung, die mit sehr wenig Standby-Energie ein Ultraschallsignal empfangen konnte. Hierbei wurden Transistoren mit so geringen Strömen verwendet, dass das Datenblatt nur wenige Hinweise gab, was zu erwarten ist. Ich brauchte ungefähr 2000 Gain bei 40 kHz. Irgendwann habe ich es auf 35 µA Ruhestrom gebracht, aber nicht ohne Experimente. Ich denke, der Grund, warum dies für ein Steckbrett angemessen war, war, dass es eine analoge Schaltung war, die keine Multi-MHz-Frequenzen hatte.

Olin Lathrop
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gute Antwort; Ich bin zögerlich zu bearbeiten, aber ich persönlich denke , der letzte Satz zu lesen verdient: ich den Grund denke , das war angemessen für ein Steckbrett war , dass es sich um eine mit niedriger Bandbreite Analogschaltung war , den Punkt wiederholen , dass Sie nicht können eine exakte bauen, zuverlässiger, stabiler Multi-Megahertz-Oszillator auf einem Steckbrett, ohne das Brett selbst als Komponente und nicht als idealisierte Drähte in Ihrem Schaltplan zu betrachten
Marcus Müller
Ich bin fast abergläubisch, wenn es darum geht, die Teilschaltungen zu testen, die auf einem Steckbrett gesteckt werden können. Ich halte DIP-Breakout-Boards für SMDs griffbereit und laufe manchmal mit niedrigeren Frequenzen als das Endprodukt. Ich mache das speziell für Produkte, die mir neu sind. Ich nehme an, es kostet ein bisschen Zeit, aber ich benutze den Prozess auch als Werkzeug, um das Design im Kopf zu behalten und die Grenzen von Subsystemen herauszufinden. Wahrscheinlich ein oder zwei Mal hat es mir einen dummen Fehler in einem Board erspart und mir die Woche oder so auf einer neuen Prototyp-Platine gespart.
Scott Seidman
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@Marcus: Ich habe einen kleinen Haftungsausschluss hinzugefügt. Ich denke jedoch, dass der Punkt über niedrige Bandbreite dort draußen überbewertet ist. 20-MHz-Quarze zur Ansteuerung von Mikrocontrollern funktionieren einwandfrei. Es ist nicht eines dieser Dinge, die man niemals tun kann. Es gibt Dinge, die Sie beachten müssen (wie die 20-MHz-Quarzlastkappen müssen möglicherweise unterschiedlich sein), aber wenn Sie vernünftig sind, können Sie auch bei bescheidenen Frequenzen eine gute Laufleistung für Steckbretter erzielen.
Olin Lathrop
@OlinLathrop Stimmt, aber wir sind uns beide einig, dass der 20-MHz-Oszillator gut funktioniert, da er tatsächlich aktiv betrieben wird. Ein bisschen Verlust aufgrund von Dämpfung und Strahlung spielt also keine Rolle - und Sie möchten auch keinen Oszillator betreiben Auch das empfindliche analoge Signal ist in der Nähe. Das ist es also, was ich mit dem Verständnis des Steckbretts als Bestandteil implizierte .
Marcus Müller
Sehr schöne Erklärung! Und aus meiner Sicht absolut richtig. In meiner Arbeit hatte ich einmal einen analogen + Mikrocontroller-Proto, der mehr als 2 Monate lang fehlerfrei auf einem Steckbrett lief.
Adam Calvet Bohl
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Gibt es ein Tool, mit dem ich Pin für Pin prüfen kann?

Ich weiß, dass Forschungsassistenten billige Arbeitskräfte sein können, aber wenn man den Preis von Steckbrettern berücksichtigt: Wenn dies erforderlich ist, möchten Sie möglicherweise einfach in qualitativ hochwertigere oder einfach neue Steckbretter investieren.

Schon als 13-jähriger Schüler habe ich ein paar Steckbretter weggeworfen, die ich aus meinen kleinen Einnahmen gekauft hatte, nachdem ich herausgefunden hatte, dass sie einfach nicht genau genug hergestellt wurden, um einen zuverlässigen Kontakt mit DIP-Bauteilen zu gewährleisten. Ihre Boards sind wahrscheinlich viel besser als meine - es scheint, dass sie zumindest eine Basis haben -, aber sie haben möglicherweise ein paar Male einen rauen Gebrauch erlebt, weil sie in einer Bildungseinrichtung verwendet wurden.

Was sind die Probleme, die ein Steckbrett plagen können, und wie kann ich sie diagnostizieren?

Nutze deine Vorstellungskraft!

  • schwacher Kontakt aufgrund mechanischer Ermüdung
  • Schmutz
  • Effekte wie Streukapazität, Induktivität, Widerstand
  • Unsichere Verbindungen aufgrund schlechter mechanischer Kontaktierung, da Komponenten nicht für Steckplatinen, sondern für die Leiterplattenherstellung hergestellt werden
  • viele, viele andere Dinge, die schief gehen könnten

Es ist unmöglich zu sagen, was in Ihrem speziellen Fall falsch ist - nutzen Sie Ihre EE-Erfahrung, um Dinge auszuschließen, wenn dies der Weg ist, den Sie einschlagen möchten.

Jetzt kann Digital Lab bedeuten, dass Sie Hochgeschwindigkeitsarbeiten ausführen oder nicht. Und Steckbretter sind aufgrund der Form aller leitenden Teile besonders anfällig für interessante Übersprechungen oder Dämpfung.


als persönliche Bemerkung:

Ich habe und mache einige Prototypen, sogar auf Steckbrettern. In der Vergangenheit war ich jedoch sehr frustriert. Daher habe ich jetzt im Grunde ein Steckbrett (kein Modell , ein einzelnes Exemplar ), dem ich vertraue, und ich verwende es im Grunde nur zum Einstecken von Leiterplatten, die ich mit 2.54 bestellt oder selbst hergestellt habe mm-Stiftleisten und ein paar Überbrückungskabel für die Stromversorgung der Platinen sowie möglicherweise Entkopplungskappen für die Stromversorgung. Aus Erfahrung kann ich mich auf den Kontakt dieser wenigen ausgewählten Komponenten verlassen.

Die unzuverlässige Kontaktierung, insbesondere von verdrahteten Widerständen, hat mich so oft gebissen, dass ich irgendwann realisierte, dass ich entweder einen Prototypen debuggen kann, der entweder aufgrund eines Problems mit meinem Design oder aufgrund eines Problems mit dem fehlschlagen könnte oder nicht Kontakte in meinem Steckbrett, um einfach nichts zu tun, auch nicht aus der Ferne auf Steckbrett komplex. Wenn etwas auf der Leiterplatte gemacht wird, können Sie, solange Sie wissen, wie man lötet, schlechte Kontakte als Fehlerquelle ausschließen. Und das ist ziemlich entlastend.

Das Entwerfen meiner eigenen Leiterplatte ist eigentlich schneller, als herauszufinden, wie man ein komplexes, z. B. Viertransistor-Bauelement mit ein paar Vorspannungsdioden und Widerständen als rechteckiges Steckbrettdesign baut. Und wenn ich noch genug Arbeit in der Warteschlange habe, während ich auf Leiterplatten warte, kann ich irgendwo in China günstig bestellen. Für Privatanwender und kleine Leiterplatten sind drei Leiterplatten definitiv billiger als die Kosten für ein qualitativ hochwertiges Steckbrett, geteilt durch die Generationen von Studenten, die es verwenden werden.

Natürlich ist es absolut richtig, dass das Unterrichten von Schülern zum Entwerfen eines Schaltplans und zum Layout einer Platine für das Labor, das Sie ansteuern, möglicherweise nicht ausreichend ist - es könnte dennoch interessant sein, dies zu lernen.

Wie gesagt, ich weiß nicht, welche Art von Komponenten Sie verwenden. Unter der Annahme, dass dies mehr Dinge wie diskrete Transistoren und DIP-Logikgatter (7400er-Familie) sind und möglicherweise eine DSP- / FPGA- / Mikrocontroller- / PC-Schnittstellenkarte für die Verbindung mit diesen, wäre ein Mittelweg interessant:

Das Löten eines TO-92-Transistors oder eines DIP14-ICs und das Aufstecken von Stiftleisten auf ein Stripboard oder Perfboard ist eigentlich nicht sehr schwierig. Die Schüler können möglicherweise noch interaktiv mit Schaltkreisen experimentieren, wenn sie ihre Grundschaltungen selbst verlötet haben und externe, qualitativ hochwertige Überbrückungsdrähte verwenden (lassen Sie mich nicht mit der Qualität der Überbrückungsdrähte beginnen), um diese anzuschließen, sofern die Signalfrequenz dies zulässt.

Marcus Müller
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Löten ist nicht schnell genug, um eine Laborklasse zu unterstützen.
Scott Seidman
@PlasmaHH moin, das passiert, wenn ich den Submit-Button zu früh drücke
Marcus Müller
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β
@ScottSeidman Wenn sich Ihr Labor also auf eine schnelle Kontaktaufnahme mit leitenden Bauteilen verlässt, könnte es sein, dass Ihr Labor mit einem Problem konfrontiert ist, für das wir ab 2016 keine billige Lösung haben kurzes löten-intro (bei meiner alma mater bietet die ee-studentenkommission so etwas eigentlich aus dem haufen), dann dauert das zusammenlöten vielleicht nicht viel länger als nur das einstecken von sachen in ein breadboard.
Marcus Müller
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heh, und die Widerstände wegzugeben ist eher ein Zeichen als ein Geschenk - "hey, du siehst aus, als hättest du gerne Schaltkreise zusammengesteckt, du möchtest die Widerstände und diese 10 BC549 behalten? Ich würde sie wegwerfen, weil niemand Zeit hat, sie zu sortieren und zu testen, aber wenn Sie das Labor-Ding zu Hause bauen und Ihre Oma dieses Weihnachten wirklich glücklich machen wollen ... "
Marcus Müller
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Für digitale Schaltungen hilft dieses Tool:

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Dies hat den Vorteil, dass beim Ablesen der halben Versorgungsspannung am Messgerät eine Unterbrechung am Pin die Ursache ist. Gehen Sie einfach jeden Pin des Geräts durch und vergleichen Sie ihn mit dem erwarteten Wert aus dem Schaltplan. Es geht schnell. Dieselbe Technik funktioniert auf gewöhnlichen Leiterplatten, um unerwartete Unterbrechungen und Pegel sowohl in Durchgangsloch- als auch in SMT-Teilen zu finden. Dieser Trick wird immer noch in Labors mit zahlreichen Testgeräten verwendet. Es ist gut, einen systematischen Ansatz zu vermitteln.

Ein weiteres Tool aus den 1980er Jahren ist ein DIP-Clip mit eingebauten LEDs, um einen statischen Logikanalysator zu erstellen. DIP-Clips ohne LED eignen sich hervorragend zum Anbringen von Sonden.

Tom Anderson
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Wofür benutzt du sie?

Wenn es sich um ein allgemeines Problem in Ihrer Klasse handelt, ist es unwahrscheinlich, dass es sich um ein Verbindungsproblem handelt (es sei denn, alle Steckbretter sind wirklich alt).

Der zweite häufige Grund, den ich mir vorstellen kann, sind zu hohe Frequenzen. Überprüfen Sie die empfohlenen Maximalfrequenzen für Ihr Steckbrett, aber sie sind im Allgemeinen nicht zu hoch.

Ich hoffe es hilft.

xgrimau
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