面包板常见问题的解决方法

面包板 ，又叫无焊面包板 。在当今的电子爱好者和工程师社区中，面包板已经成为原型设计和实验验证电路的常用工具。这种简单而灵活的设备提供了一个方便的方式来连接电子元件，而无需焊接。

但随着电路复杂性的增加和性能要求的提高，面包板的局限性也逐渐显露出来。本文将深入探讨面包板的结构以及可能遇到的问题，并提供一些解决方案来改善面包板电路的性能，以及一些设计使用上的小技巧，希望对大家有所帮助。

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什么是面包板？

面包板结构：

面包板由一系列U形金属触点组成，这些触点位于电绝缘外壳中的孔网格下方。元件引线和通过孔插入的线段由下面的触点在弹簧张力下保持。

图1, Bud IndustriesBB-32621，无焊剂试验电路板 端子条（无框架） 3.20" x 2.08"（81.3mm x 52.8mm）

面包板是理想的实验，然而，他们不提供一个机械坚固的互连。电源处理能力有限。此外，电容使得这种设计不适合高速电路。

配电电源轨

配电电源轨，也叫配电总线，是一个方便的面包板功能。这些“电源轨”在面包板的长度上运行，以便电路元件的电源和接地总是近在咫尺。在这篇简短的文章中，我们将探讨 2电源轨 和 4电源轨 面包板之间的区别。 当并排查看时，2电源轨和4电源轨面包板看起来几乎相同，如图所示。然而，仔细检查会发现蓝色和红色电源轨标记中有一个断裂。

图2. Bud Industries 的 BB-32621（2 电源轨）与 BB-32655（4 电源轨）

正如蓝色和红色丝印所暗示的那样，连续性测试将显示4电源轨面包板中间有一个中断，而2电源轨选项扩展了面包板的整个长度。

如下所示的是一个建议。只需在面包板上插入一个0.3英寸(7.62毫米)的 跳线，这样4电源轨就有效地变成了2电源轨。这允许您的逻辑电路被接地和3.3或5.0 VDC包围。

技术小贴士 : 不要忘记包括旁路电容，以提高电路性能，在这篇文章中描述的关于面包板稳定性。

图3. 如何把4电源轨面包板，就有效地变成了2电源轨面包板

混合电路的适用性

“混合”可用于描述以模拟和数字元件混合为特征的电路。使用4电源轨设计，我们可以使用如下所示的技术，在面包板的一侧使用微控制器，在另一侧使用模拟电路。电源轨适应电路的需要。模拟端为运算放大器提供+/- 12 VDC，而数字端为数字电路提供3.3或5.0 VDC。

图4. 面包板4电源轨设计，模拟数字分开

除了提供一种清洁的方式来为电路供电外，它还具有提高电路性能的潜力。部分之间的物理距离可能会提供一些抗噪声能力。电源轨一般更容易解耦。此外，单地连接可能有助于降低噪音。

技术小贴士 : 可以使用稳压器从+12 VDC电源轨向数字逻辑提供电源。一个经典的解决方案是使用7805稳压器 5.0 VDC逻辑电压。为了提高效率，可以考虑使用 DC-DC直流转换器。器件可作为7805稳压器的插入式替代品。

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设计面包板电路，可能遇到的问题

接地问题

应用于面包板时，接地是许多电路元件共享的共同连接。在理想的情况下，它提供了一个零电阻节点。在生产印刷电路板(PCB)中，设计人员可以自由地使用连续的铜段作为接地。例如，在双面PCB板中，设计人员可以使用PCB板的整个底部。对于更复杂的电路板，可能会使用其中一个内层作为接地平面。不幸的是，面包板不能使用这个选项。

接触电阻

更糟糕的是，我们知道面包板的连接不太理想。实验表明，每个接触的电阻为50 mΩ，每英寸线性电阻为11 mΩ。从这个角度来看，用30 AWG细线构造的电路可能比面包板的电阻低。

寄生参数

电阻并不是面包板唯一的问题。各种元件之间还有电容。由于电线的长度长，还有电感。综上所述，我们可以开始理解为什么面包板的声誉如此之差。我们冒着构建电路的风险，这些电路容易产生高频振荡、噪音、充当天线接收和广播能量的长导线，以及不稳定的逻辑转换。

那么，我们能做些什么来让事情变得更好呢? 我们可以使用一些技巧来提高原型电路的性能。

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逻辑电路缓解方案

对于逻辑电路。假设频率为1 MHz的电路。方波可以被描述为奇数次谐波的总和。这意味着一个相对低频的方波会有高频谐波。例如，1 MHz方波在3、5和7 MHz处具有很强的频谱成分。

有几种方式来看待这个问题：

高频成分消除

一种观点将关注整个面包板的电阻和分布电容。这将倾向于衰减高频信号成分。可以把它想象成一个适用于所有信号的低通滤波器。这就产生了边缘圆润的方波，从而消除了高频成分。

地反弹

从另一个角度来看，我们看到了与长导线相关的电感。这是与电容相反的问题。而不是减慢信号(四舍五入，或低通滤波)，电感导致电压尖峰。在极端情况下，这可能导致一种称为地反弹的情况。这是一种电感相关现象，与集成电路(IC)相关的地相对于真实地跳变。它可以移动到这样一个程度，它会导致IC触发。其结果是一个不稳定的数字系统，很难排除故障。

如何解决

适当的接地和旁路技术可以缓解这两个问题。让我们用下图所示的面包板来说明。我们假设这两组电源轨都将用于Vcc和接地。然后我们可以安装跳线，如图所示。虽然不太理想，但是可以看到Vcc和接地都形成了一个数字8。这种并联结构降低了电源轨之间的电阻并降低了电感，因为任何给定连接的引线长度都较短。

图5. 面包板Vcc和接地设计

接下来，我们在电源轨上添加低频旁路电容。10到100uF范围内的电解电容适用于大多数电路。然后我们添加高频旁路电容。这些电容安装在尽可能靠近每个IC的电源引脚的地方。在我看来，这些是少数几个可能直接飞过IC顶部的组件之一。实际值并不重要，传统上使用0.1 uF值。

完成这些初步步骤后，现在就可以构建逻辑电路了。尽量保持所有的电线都很短。不幸的是，会有一些妥协，因为短线不一定是整齐的线。

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缓解模拟和混合信号电路

数字逻辑电路管理的所有规则都适用于具有数字和模拟组件的模拟电路和“混合”电路。“混合”即为具有数字设备(如微控制器)和几个模拟设备(如运算放大器)的电路。这种电路通常包括多个电源，包括3.3、-12和12 VDC。之前说的逻辑电路解决方案可能不够用了。进一步的缓解方案：

添加低频旁路电容

通常适用于10至100 uF范围的电容。一定要选择额定电压合适的电容，然后注意极性。如前所述，安装0.1uF高频旁路电容，尽可能靠近电源进入每个IC。

技术小贴士 :  旁路这个术语在我们的日常语言中是常用的。例如，旁路高速公路带你在大城市的一条路线上行驶。这种可视化同样适用于旁路电容。在这种情况下，电容正在绕过任何AC信号。这包括来自IC内部或IC外部的AC噪声。理想的结果是所有电路的电源轨上都是纯直流。

高频噪声的影响

高频噪声通常需要在靠近IC的地方使用一个小电容，而低频则使用较大的电容。这里较低的频率不受导线电感的影响。

模拟电路确实具有与小信号相关的另一层次的复杂性。电噪声可以进入电路，然后与小模拟信号一起被放大。这种增加的噪声会影响ADC执行的测量。它还可以在音频系统中表现为令人反感的嘶嘶声或咔哒声。

如前所述的绕过将大大减轻这个问题。然而，这可能还不够。特别是当使用多个面包板时，接地回路可能会遇到具有挑战性的问题。电源注入也可能存在问题。回想一下，面包板的电阻比较高。一个小的AC信号在整个电源轨的长度上发展并不罕见。虽然这个模拟信号可能只有几毫伏，但它可以与ADC输入或DAC输出的毫伏级信号相互作用。在放大器电路中，可能存在足够的相互作用，导致不稳定甚至完全振荡。

旁路电容的重要性

此时，旁路电容的位置就变得很重要了。一般来说，它们应该安装在尽可能靠近低电平模拟信号的地方。同样，所有连接面包板和从面包板的连接都应该尽可能靠近低电平信号。一定要研究一下“星地”和“地环路”的概念，了解更多的信息。

如果这还不够，可能有必要找到面包板以外的解决方案。对于电路的高级原型，可能是时候为你的电路构建一个完整的PCB了。例如，面包板电路设计可以转移到 有孔原型板。

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面包板小技巧: 

使用简单的 LED 来替代逻辑探针

LED是一个有价值的故障排除工具，特别是在数字电路原型设计时。下面介绍了一种简单的施工技术，可以节省你宝贵的时间。

所需要的只是一个方体LED和一个1 kΩ电阻。将电阻焊接到阴极腿上，你就有了一个视觉指示器，可以在几秒钟内安装到面包板上。由于电阻与LED集成，我们不再需要使用单独的面包板连接点。

逻辑探针制作

放置在微控制器电路中的几个LED灯。请注意，方形LED是此应用的首选，因为它们可以在面包板的0.1英寸(2.54毫米)间距内彼此相邻安装，如下图左下角所示。

图6. 微控制器面包板电路中放置探测

技术小贴士: 对于一个新的LED，阴极可能被认为是两个腿中较短的那个。阴极也可以通过观察LED的结构来识别。LED的半导体芯片通常安装在两个元件中较大的一个上。较大的铁砧(阴极线)在这张图中很容易被视为上部元件。

结语

无论是初学者还是经验丰富的工程师，面包板都是一个不可或缺的工具，用于快速搭建原型电路和验证设计概念。尽管面包板存在一些限制和挑战，但通过理解其结构、功能以及可能遇到的问题，并采取相应的解决方案，我们可以最大限度地发挥其作用，并在电子设计和实验中取得更好的效果。希望本文提供的技巧和建议能够帮助读者更好地利用面包板，为创新和实验提供更广阔的空间。

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无焊面包板(又叫无焊试验板)

面包板电路稳定性

面包板使用技巧: 配电电源轨数量选择

面包板小技巧: 使用简单的 LED 来替代逻辑探针

小编的话

对于电子工程师来说，用好面包板具有重要的价值，不仅提高了工作效率，降低了成本，还拥有了一个创新和实践的平台。但正如文章所言，在面包板电路设计中，需要克服一些常见问题。相信通过本文介绍的方法，大家能够有所收获，为之后的设计开发积累实战经验。您在面包板的设计开发中遇到过哪些问题？有哪些使用技巧？欢迎留言，分享交流！