چگونه از بردبورد استفاده کنیم؟

مقدمه

بردبورد (Breadboard) که معمولاً ما ایرانی‌ها آن را بِردبُورد تلفظ می‌کنیم یکی از اساسی‌ترین ابزارهایی است که در یادگیری و طراحی مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این مقاله به شما خواهیم گفت که بردبورد اساساً چیست، چرا آن را Breadboard (تخته‌ی نان!) نامیده‌اند و چگونه باید از آن استفاده کنیم. پس از مطالعه‌ی این مقاله شما یک دانش اولیه از نحوه‌ی عملکرد بردبورد بدست خواهید آورد و خواهید توانست که مدارهای ساده را روی آن پیاده‌سازی کنید.

تاریخچه

تا پیش از سال 1960 میلادی اگر شما می‌خواستید یک مدار ایجاد کنید به احتمال زیاد باید از روشی به نام Wire-Wrap (سیم‌پیچ کردن) استفاده می‌کردید. در این روش شما صفحه‌ای به نام perfboard یا protoboard داشتید که روی آن تعدادی میله‌ی رسانای عمود بر صفحه قرار داشت؛ شما می‌بایست برای اتصال دو میله‌ی مورد نظرتان دور آن دو سیم می‌پیچیدید. همان طور که در شکل زیر می‌بینید مدارهایی که به این روش ساخته می‌شدند بسیار پیچیده و غیر قابل فهم بودند. با وجود اینکه هنوز هم در برخی موارد از این روش استفاده می‌شود اما امروز ابزاری در اختیار داریم که تست و طراحی مدارها را برای ما بسیار آسان کرده است؛ بله منظورم همان بردبورد است!

یک مدار به روش Wire-Wrap

این نام از کجا آمده است؟

شاید وقتی نام بردبورد (Breadboard) را در ذهن خود مجسم می‌کنید، یک تخته‌ی بزرگ چوبی که یک قرص بزرگ نان تازه روی آن قرار دارد به نظرتان خواهد رسید. خُب، راستش را بخواهید زیاد هم تصور اشتباهی نداشته‌اید!

پس چرا ما به ابزاری که با آن مدارهای الکترونیکی را ایجاد می‌کنیم، Breadboard (تخته‌ی نان) می‌گوییم؟ سال‌ها پیش، وقتی که قطعات و ادوات الکترونیکی بسیار بزرگ و زمخت بودند، مردم برای اینکه مدارهای مورد نظرشان را بسازند می‌بایست تخته‌های نان مادرانشان را جمع می‌کردند و به همراه تعدادی سوزن و پونز و مقداری سیم، اتصالات مورد نظرشان را ایجاد می‌کردند.

بردبورد اولیه!

پس از مدتی قطعات الکترونیک کوچک و کوچک‌تر شدند و ما به ایده‌های بهتری برای ایجاد مدارها رسیدیم که موجب شد مادران در تمام دنیا از بازپس‌گیری تخته‌های نانشان بسیار مشعوف و شادمان شوند. هر چند که همچنان همان نام گیج‌کننده سر جایش باقی مانده است اما از این پس به جای تخته‌های نان درباره‌ی بردبوردهای نوین بحث خواهیم کرد.

چرا باید از بردبورد استفاده کنیم؟

وقتی از یک بردبورد الکترونیکی صحبت می‌کنیم در حقیقت منظورمان بردبورد بدون لحیم است. این وسیله ابزاری برای ایجاد مدارهای آزمایشی است که نیاز به هیچ گونه لحیم‌کاری ندارد.

پیش‌نمونه‌سازی (Prototyping) فرایندی است با هدف آزمایش یک ایده، که طی آن یک نمونه‌ی اولیه از چیزی که قرار است در نهایت ساخته شود ایجاد می‌گردد. بردبورد یکی از ابزارهایی است که در این فرایند مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر شما درباره عملکرد یک مدار تحت یک شرایط خاص مطمئن نیستید، بهتر است یک پیش‌نمونه (Prototype) از آن ایجاد کنید و روی آن آزمایش انجام دهید.

برای آن‌هایی که به تازگی با الکترونیک و طراحی مدار آشنا شده‌اند، بردبورد بهترین ابزار برای شروع است. جذابیت واقعی بردبورد در این است که شما می‌توانید ساده‌ترین مدارها تا پیچیده‌ترین مدارها را روی آن پیاده کنید. شما در ادامه‌ی این مقاله خواهید دید که اگر مدار مورد نظر شما از یک حدی بزرگ‌تر شود و قابل پیاده‌سازی روی یک بردبورد نباشد، می‌توانید چندین بردبورد را به هم وصل کنید و مدار خود را هر چقدر هم که بزرگ و پیچیده باشد روی آن پیاده‌سازی کنید.

کاربرد دیگر بردبورد این است که شما می‌توانید قطعات جدید مثل آی‌سی‌های مختلف را روی آن تست کنید. وقتی شما می‌خواهید نحوه‌ی عملکرد یک قطعه را بررسی کنید، مجبورید مدام نحوه‌ی اتصالات آن را تغییر دهید، در این شرایط طبیعتاً علاقه‌ای نخواهید داشت که در هر مرتبه اتصالات مورد نظرتان را لحیم کنید.

همان طور که اشاره شد، شما همیشه نمی‌خواهید مدارتان دائمی و تغییرناپذیر باشد. اعضای تیم فنی تابین در اکثر موارد برای عیب‌یابی مدارات الکترونیکی که مشتریان در اختیار ما می‌گذارند سعی می‌کنند تا مداری مشابه همان مدار را روی بردبورد پیاده کنند و سپس به آزمایش، تحلیل و عیب یابی آن بپردازند.

یک مدار که بر روی یک بردبوردِ بدون لحیم پیاده شده است

ساختار یک بردبورد

بهترین روش برای تشریح نحوه عملکرد بردبورد این است که آن را باز کنیم و به ساختار داخلی آن نگاهی بیندازیم. البته ترجیح دادیم از یک بردبورد کوچک‌تر برای این کار استفاده کنیم.

نوارهای ترمینال

اگر یک بردبورد را بردارید و لایه‌ی پشت آن را جدا کنید ردیف‌های زیادی نوار فلزی موازی مطابق شکل زیر خواهید دید.

بردبورد سایز کوچک که لایه پشتی آن برداشته شده است

سر نوارهای فلزی حالتی شبیه به گیره دارد که در زیر سوراخ‌های پلاستیکی قرار گرفته است. این گیره‌ها باعث می‌شوند تا سر سیم یا پایه‌ی یک قطعه‌ی الکترونیکی در داخل سوراخ‌ محکم سر جای خود بماند.

یک عدد از نوارهای فلزی داخل بردبورد

اگر شما پایه‌ی یک قطعه‌ی الکترونیکی را در یکی از سوراخ‌های یک ردیف وارد کنید، آن پایه، به تمام سوراخ‌های موجود در آن ردیف از لحاظ الکتریکی وصل خواهد شد.

توجه داشته باشید که فقط 5 گیره (سوراخ متصل به هم) در یک نوار وجود دارد. این تعداد تقریباً در تمام بردبوردها ثابت است. بنابراین شما حداکثر می‌توانید 5 پایه را در یک ردیف به هم وصل کنید. بدون توجه به شیاری که در وسط بردبورد وجود دارد، هر ردیف دارای 10 سوراخ است؛ پس چرا ما فقط می‌توانیم 5 پایه را به هم وصل کنیم؟ دلیل این است که شیاری در وسط بردبورد وجود دارد که یک نیمه از بردبورد را از نیمه‌ی دیگر از لحاظ الکتریکی ایزوله می‌کند. درباره‌ی علت وجود این شیار و کاربرد آن در ادامه بحث خواهیم کرد.

یک پایه از LED در یک سمت شیار و پایه‌ی دیگر در سمت دیگر شیار قرار گرفته است تا پایه‌ها به هم وصل نباشند

خطوط تغذیه

تا اینجا دیدیم اتصالات روی بردبورد چگونه شکل گرفته‌اند، حالا نگاهی به یک بردبورد بزرگ‌تر و رایج‌تر می‌اندازیم. در کنار ردیف‌های افقی، بردبوردها معمولاً دارای خطوطی عمودی به نام خطوط تغذیه هستند.

بردبورد سایز متوسط که لایه پشتی آن برداشته شده است

ساختار خطوط تغذیه نیز مشابه نوارهای ترمینال افقی است با این تفاوت که تمام سوراخ‌های هر خط تغذیه همگی به هم وصل هستند. البته در برخی از بردبوردها هر خط تغذیه به دو بخش جدا از هم تقسیم شده است.

هنگام ایجاد یک مدار، شما در نقاط مختلف به تغذیه نیاز خواهید داشت. خطوط تغذیه این امکان را به شما می‌دهند تا هر کجا که به تغذیه نیاز داشتید یک انشعاب از خطوط تغذیه بگیرید. معمولا در بردبوردهای مرغوب، خطوط تغذیه با علامت‌های – و + و همچنین با رنگ‌های قرمز، آبی یا سیاه مشخص شده‌اند. رنگ قرمز نشان دهنده‌ی سطح ولتاژ مثبت‌تر و رنگ آبی یا سیاه نشان دهنده‌ی سطح ولتاژ منفی‌تر است.

هر چند هیچ اجباری وجود ندارد که شما ولتاژ مثبت را به خطوط قرمز یا + و ولتاژ منفی را به خطوط آبی یا – وصل کنید ولی اصولاً بهتر است همیشه این استاندارد را رعایت کنید تا مدارهای شما برای دیگران یا حتی خودتان قابل فهم باشند. همچنین توجه داشته باشید که خطوط تغذیه‌ی بالای بردبورد با خطوط تغذیه‌ی پایین بردبورد اتصال ندارند و در صورت نیاز باید آن‌ها را با سیم به همدیگر وصل کنید. همچنین گاهی اوقات شما نیاز دارید تا از دو سطح ولتاژ مختلف مثلاً 5 ولت و 3.3 ولت برای تغذیه‌ی بخش‌های مختلف مدارتان استفاده کنید. در این شرایط می‌توانید خطوط تغذیه یک سمت از بردبورد را به ولتاژ 5 ولت و سمت دیگر را به 3.3 ولت وصل کنید.

می‌توانید از دو «سیم جامپر» برای متصل کردن خطوط تغذیه‌ی طرفین بردبورد استفاده کنید

پشتیبانی از قطعات DIP

پیش از این گفتیم که در وسط بردبورد شیاری وجود دارد که دو نیمه‌ی بردبورد را از یکدیگر ایزوله می‌کند. این شیار نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. بسیاری از آی‌سی‌ها طوری ساخته می‌شوند که قابل نصب بر روی بردبورد باشند. برای اینکه این آی‌سی‌ها کمترین فضا را در بردبورد اشغال کنند در قالب ساختاری به نام Dual in-line Package یا همان DIP تولید می‌شوند.

پایه‌های آی‌سی‌های DIP از دو طرف بیرون آمده‌اند و فواصل آن‌ها به گونه‌ای است که دقیقاً بر سوراخ‌های بردبورد در دو طرف شیار میانی منطبق می‌شوند. پایه‌های دو طرف آی‌سی عملکردهای متفاوتی دارند و نباید به هم وصل باشند؛ این دقیقاً همان کاری است که شیار میانی بردبورد انجام می‌دهد و مانع از اتصال پایه‌های دو طرف آی‌سی می‌شود.

دو آی‌سی DIP. آی‌سی LM358 (بالایی)، یک آپ‌امپ خیلی معروف در کنار میکروکنترلر پرطرفدار ATMega328 (پایینی)

ویژگی‌های دیگر

گاهی اوقات مدار شما به قدری بزرگ است که یک بردبورد برای پیاده‌سازی آن کفایت نمی‌کند. بردبوردها در اطراف خود تعدادی خار و شیار دارند که شما می‌توانید به کمک آن‌ها هر تعداد بردبورد که نیاز دارید به هم وصل کنید و مدار خود را گسترش دهید.

سیم جامپر

برای اتصال نقاط مختلف مدار روی بردبورد باید از قطعات کوچک سیم استفاده کنیم که دو سر آن لخت شده باشد. به این قطعات کوچک، سیم جامپر (Jumper Wire) گفته می‌شود. سیم جامپر باید دو ویژگی داشته باشد؛ یکی اینکه روکش داشته باشد تا با سایر سیم‌ها اتصال پیدا نکند و دیگر آنکه شکل مفتولی (تک رشته‌ای) داشته باشد. به هیچ وجه از سیم‌های افشان به عنوان سیم جامپر استفاده نکنید. اگر به شکل زیر دقت کنید دلیل این موضوع را متوجه خواهید شد.

سیم افشان استحکام لازم برای استفاده به عنوان سیم جامپر را ندارد

ساختن سیم جامپر کار بسیار آسانی است. کافی است شما مقداری سیم مفتولی نازک روکشدار را به قطعات کوچک و در اندازه‌های مورد نیازتان تقسیم کنید و به کمک سیم‌لخت‌کن و یا به کمک ناخن‌هایتان دو سر آن‌ها لخت کنید.

همچنین شما می‌توانید از سیم جامپرهای آماده‌ی موجود در فروشگاه‌های لوازم الکترونیکی استفاده کنید.

سیم جامپرهای آماده

اگر می‌خواهید خودتان سیم جامپر بسازید شاید بد نباشد که از سیم‌های موجود در کابل‌های مخابراتی استفاده کنید. چون سیم‌های موجود در کابل‌های مخابراتی رنگ‌های متنوع و کیفیت خوبی دارند.

نوعی از کابل‌های مخابراتی مورد استفاده در شبکه‌های کامپیوتری (کابل 4 زوج) دارای 8 رشته سیم مفتولی روکشدار با رنگ‌های مختلف

مرتب باشید!

اصولاً رعایت نظم و ترتیب در هر کاری مفید است و می‌تواند کیفیت و سرعت کار شما را در مجموع افزایش دهد. بنابراین به شما توصیه می‌کنم که اتصالات روی بردبورد را طوری انجام دهید که با یک نگاه ساده بتوانید ساختار مدار را تشخیص دهید و در صورت نیاز اشکال مدار را فوراً پیدا کنید.

یک مدار تر و تمیز روی بردبورد!

مرجع: sparkfun.com

برای تهیه‌ی این مقاله زمان، انرژی و هزینه‌ی قابل توجهی صرف شده است؛ لطفاً در صورت استفاده از این مقاله، برای حمایت از نویسنده و جهت فراهم آوردن امکان ادامه فعالیت پایگاه فناوری تابین، لینک زیر را در رسانه یا مقاله‌ی خود قرار دهید: