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: