دليل استخدام لوح التجارب الكبير القابل للحام

مُقدمة

تُعد ألواح التجارب الغير قابلة للحام (Solderless breadboards) مثالية لعمل النماذج الأولية، لكنها لا توفر المتانة الميكانيكية اللازمة. فغالباً ما تنفك التوصيلات وتحدث المشاكل. لذلك فإن استخدام لوح تجارب قابل للحام يُساعد على عمل نموذج أولي قوي ومتين بدون الحاجة لتصميم لوح دوائر مطبوعة (PCB) مُخصص.

للوهلة الأولى قد يبدو لوح التجارب الكبير القابل للحام مُماثلاً للوح التجارب الكبير الغير قابل للحام، لكن عند تدقيق النظر سترى أن هناك بعض المواصفات التي تتوافر في الألواح القابلة للحام ولا توجد في الألواح الغير قابلة للحام.

في هذا الدرس سنتعرف على مواصفات ألواح التجارب القابلة للحام مع معرفة كيفية استخدامها، وبعد ذلك سنوضح المزيد من الأمثلة المتقدمة.

مواضيع مقترحة للقراءة

• كيفية استخدام ألواح التجارب
• التعامل مع الأسلاك
• ما هي الدائرة الكهربية؟

نظرة عامة سريعة

النوع الأكثر شيوعاً من ألواح التجارب القابلة للحام هي تلك المصنوعة من المادة الفنيولية المُستخدمة في صناعة ألواح PCB (phenolic PCB material). على مر السنوات الماضية قمت باستخدام العديد من تلك الألواح، لكن الكثير منها كانت تحتوي على ما يعيبها؛ فالمسارات النحاسية ضيقة وغير منظمة، ومن الممكن أن تتلف عند إعادة استخدام اللوح، أما المشكلة الأكثر إزعاجاً فهي أن نمط المسارات (trace pattern) الخاص بتلك الألواح لا يُماثل بالضرورة نمط الألواح الغير قابلة للحام، فإما سكك التغذية (power rails) غير متماثلة أو أن المركز يحتوي على أربعة ثقوب بدلاً من خمسة. لذلك قد يتضمن نقل دائرة كهربية من لوح غير قابل للحام إلى لوح قابل للحام الكثير من العمل.

نظرة مُقربة على نمط الثقوب الموجودة في منتصف اللوح.

المنطقة الوسطى من اللوح تشبه النمط الموجود في الألواح الغير قابلة للحام، فهي تحتوي على صفين كل منهما يضم خمس ثقوب، ويفصل بينهما 0.3 بوصة لكي تتناسب مع دوائر DIP المتكاملة (DIP ICs). وتماماً مثل ألواح التجارب الغير قابلة للحام تحتوي ألواح التجارب القابلة للحام على 63 عموداً من الثقوب. كل من تلك الأعمدة والصفوف تجاورها أرقام أو حروف ترمز لها كما هو الحال في ألواح التجارب الغير قابلة للحام.

لكن بمقارنة الألواح القابلة للحام بالألواح الغير قابلة للحام نجد أنها تتفوق في توفير المزيد من المرونة في كيفية توصيل مُزودات الطاقة (power supplies) بها.

استخدام مزود الطاقة (Power Supply)

يوفر مُزود الطاقة القياسي عدداً من الجهود (voltages) التي يمكن توصيلها بالدائرة، كل جُهد يُطلق عليه عادة مُسمى سكة (rail). ويعتمد عدد سكك التغذية المطلوبة وعدد الجهود المُستخدمة على نوع الدائرة الإلكترونية المُصممة.

• بدايةً.. يحتوي كل مزود طاقة على سكة تُسمى الأرضي (ground)، يُستخدم الأرضي كنقطة مرجعية ذات جهد 0V، وهو الجهد الذي يتم قياس باقي الجهود بالنسبة له، ومن الممكن ألا يكون متصلاً بالأرض من الأساس.
• لسنوات كثيرة احتوت الدوائر الرقمية على سكة تغذية وحيدة جهدها 5V. لكن مؤخراً بدأت الجهود الأقل في الانتشار، وبشكل أساسي الجهد 3V، في بعض الأحيان جهود أقل مثل 1.8V.
• التصميمات التناظرية عادة ما تستخدم مزودات طاقة ثنائية القطب ذات جهد أعلى، والتي توفر سكتي تغذية لهما نفس رقم الجهد ولكن إحداهما ذات جهد موجب والأخرى ذات جهد سالب، وأكثر تلك الجهود انتشاراً +/-12V و +/-15V.
• هناك تصميمات مُختلطة تحتوي على مصادر طاقة خاصة بالنظامين الرقمي والتناظري وتوفر حاجات كلا النظامين. ومثال على ذلك مُزودات الطاقة الخاصة بالحواسيب المكتبية التي توفر جهود 3V و5V من أجل دوائر المنطق الرقمي بالإضافة إلى جهد +/-12V لمكونات مثل مُحركات الأقراص الصلبة ومراوح التبريد.

ألواح التجارب الغير قابلة للحام تحتوي غالباً على سكتي تغذية عند كل حافة موجودة على طول اللوح (لكنها أحياناً لا تكون مستمرة وتكون منفصلة في المنتصف). أحياناً يتم التمييز بين سكتي التغذية بالرمزين “+” و “-“، ومن الممكن أن يتم تلوينهما باللونين الأزرق والأحمر للتفريق بينهما. لا تفرض ألواح التجارب أي شيء فيما يتعلق بالجهود المستخدمة، ويعود الأمر برمته للمستخدم في تغذية السكك بالجهود.

حسناً إذن دعونا نتعرف على كيفية ضبط سكك التغذية في لوح التجارب.

وصلات القفز الاختيارية (Optional Jumpers)

هذا اللوح يحتوي على خمسة مسارات للطاقة تسير على امتداده. أربعة من تلك المسارات هي مساري الجهد الموجب ومساري الجهد السالب على الطرف العلوي والسفلي من اللوح. أما المسار الخامس فيمر بمنتصف اللوح تماماً والذي يتم استخدامه ليكون الطرف الأرضي.

هذه المسارات الخمسة تنتهي بوصلتين طرفيتين ذات خمسة منافذ (5-pin 5mm screw terminals) على نهايتي اللوح، وترتيب منافذ هاتين الوصلتين يماثل ترتيب مسارات الطاقة التي تمر عبر اللوح. وكما نرى في الأسفل المنفذ الأعلى من الوصلة الطرفية يتصل بسكة الجهد السالب (-) العلوية، والمنفذ التالي يتصل بسكة الجهد الموجب (+) وهكذا.

من الممكن تهيئة لوح التجارب باستخدام وصلات القفز السلكية لكي يتناسب مع إمرار عدد من الجهود المختلفة على سكك التغذية والتحكم بها.

وتكون وصلات القفز كما يلي:

• من الممكن توصيل أسلاك القفز عبر JG1، JG2، JG3، JG4 لربط ثقوب التثبيت بمسار الأرضي. إذا كنت ستثبت لوح التجارب بداخل وعاء معدني فمن الجيد أن تقوم بتأريض الوعاء ومن ثم توصيل الطرف الأرضي الخاص بالدائرة بالوعاء.
• من الممكن توصيل أسلاك القفز عبر JG5 وJG6 لربط المسارات السالبة على حافتي لوح التجارب بمسار الأرضي الموجود في المنتصف.
• من الممكن توصيل أسلاك القفز عبر TIE+ و TIE-للربط بين المسارين الموجبين والمسارين السالبين على جانبي اللوح على التوالي. فكما هو الحال في ألواح التجارب الغير قابلة للحام لا تكون سكك التغذية في الأعلى والأسفل متصلة ببعضها، لكن لوح التجارب هذا يجعل من السهل القيام بذلك.

من الممكن توصيل الطاقة للوح التجارب هذا عن طريق وصلة طرفية screw 5mm terminals، والتي يُمكن تهيئتها لتتناسب مع ترتيب سكك التغذية. أما إذا كنت تفضل الحصول على توصيل أكثر قوة مما تقدمة وصلةscrew terminals فمن الممكن لحام الأسلاك مباشرة.

وصلات الطاقة وأماكن توصيل وصلات القفز مُكررة على جانبي اللوح، لكن في معظم التطبيقات لن تحتاج سوى لاستخدام الوصلات الموجودة في أحد الجانبين.

أمثلة

دائرة رقمية تحتوي على سكة تغذية وحيدة

توصيل أسلاك القفز لاستخدم جهد واحد، بالإضافة للأرضي.

إذا كنت تقوم ببناء دائرة رقمية ذات سكة تغذية واحدة (عادة 5V أو 3.3V) فقم بعمل التوصيلات كما يلي:

• قم بتوصيل سلك القفز بين TIE+ و TIE-
• قم بتوصيل سلك القفز بين JG5 وJG6.
• قم بتركيب وصلة 5MM screw terminal ذات منفذين كما ترى في الأعلى:
• السلك الأحمر هو جهد التغذية.
• السلك الأسود هو الأرضي.

عندما تقوم بتثبيت المكونات تستطيع توصيلها بالجهد الموجب عبر أي من سكتي التغذية الموجبتين (+) والأرضي عبر أي من سكتي التغذية السالبتين أو عبر مسار الأرضي الموجود في المنتصف.

دائرة تناظرية مع مصدر جهد ثنائي القطب وسكتي تغذية

توصيل أسلاك القفز لاستخدام مصدر جهد ثنائي القطب، بالإضافة للأرضي.

أما إذا كنت تقوم ببناء دائرة ذات مصدر جهد ثنائي القطب فقم بتوصيل أسلاك القفز كما يلي:

• قم بتوصيل سلك القفز بين TIE+ وTIE-
• قم بتركيب وصلة 5MM screw terminal ذات ثلاثة منافذ كما ترى في الأعلى:
• السلك الأحمر هو جهد التغذية الموجب (+).
• السلك الأزرق هو جهد التغذية السالب (-).
• السلك الأسود هو الأرضي.

عندما تقوم بتثبيت المكونات تستطيع توصيلها بجهد التغذية الموجب عبر أي من سكتي التغذية الموجبتين (+) أو توصيلها بجهد التغذية السالب عبر أي من سكتي التغذية السالبتين (-) أو توصيلها بالأرضي عبر المسار الموجود في المنتصف.

استخدام عدة ألواح تجارب

إذا كنت تقوم ببناء دائرة كهربية كبيرة باستخدام أكثر من لوح تجارب من هذا النوع فبإمكانك مشاركة مُزود الطاقة (power supply) بينها جميعاً. طريقة التوصيل الأكثر انتشاراً لتحقيق ذلك تتم من خلال جعل الألواح على شكل نجمة مركزها مُزود الطاقة (star power distribution) مع توصيل كل لوح تجارب بشكل مباشر مع مُزود الطاقة.

وللتبسيط لاحظ الشكل التالي (لاحظ تماثل التوصيلات في الحالتين)

بهذه الطريقة نحصل على اتصال مباشر بين مُزود الطاقة وجميع الألواح.

تمّت ترجمة هذه المادّة من موقع sparkfun تحت تصريح كرييتف كومّونز 3 (Creative Commons 3.0)