面包板基礎知識

  一、什么是＂面包板＂？
    1.面包板的構造
    面包板即＂集成電路實驗板＂，就是一種插件板，此＂板＂上具有若干小型＂插座（孔）＂．在進行電路實驗時，可以根據電路連接要求，在相應孔內插入電子元器件的引腳以及導線等，使其與孔內彈性接觸簧片接觸，由此連接成所需的實驗電路。圖1為SYB—118型面包板示意圖：
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為4行59列，每條金屬簧片上有5個插孔，因此插入這5個孔內的導線就被金屬簧片連接在一起。簧片之間在電氣上彼此絕緣。插孔間及簧片間的距離均與雙列直插式（DIP）集成電路管腳的標准間距2.54mm相同，因而適於插入各種數字集成電路。
　　 2.面包板使用注意事項
    插入面包板上孔內引腳或導線銅芯直徑為0.4～0.6mm，即比大頭針的直徑略微細一點。元器件引腳或導線頭要沿面包板的板面垂直方向插入方孔，應能感覺到有輕微、均勻的摩擦阻力，在面包板倒置時，元器件應能被簧片夾住而不脫落。面包板應該在通風、干燥處存放，特別要避免被電池漏出的電解液所腐蝕。要保持面包板清潔，焊接過的元器件不要插在面包板上。
    3.面包板實驗套材
    電子控制電路基本實驗所用的元器件包括：電池組2組（3V、6V，帶電池卡、電極引線）。面包板（SYB-130或118、SYB—46型）。電阻器27只（47Ω、100Ω、390Ω×8、1kΩ×6、2.2kΩ×5、3.3kΩ、10kΩ、15kΩ、47kΩ、330kΩ、2.2MΩ），小型直滑電位器（47kΩ），電容器7只（1000pF、0.022μF、47μF、100μF×2，220μF×2）。光敏電阻器（MG45-1），光電二極管，開關二極管（1N4148），發光二極管4只（紅、綠、黃、橙），三極管4只（8050、9013×2、9014），數碼管（LC5011）。數字集成電路10塊（74LS00、74LS02、74LS04、74LS08、74LS32、74LS73、74LS74、74LS86、4511、4518）。繼電器（JRC-21F），雙金屬復片（啟輝器），磁控開關1套（條形磁鐵、干簧管開關），壓電陶瓷片（φ27mm，帶共鳴殼體），電子蜂鳴器（3V或6V），小電燈1個（3.8V），玩具直流電動機（3V，帶小螺旋槳）。接鈕開關2個，導線若干和元器件盤。此外，還需要准備常用的工具，如鑷子、桃形鉗和一字小改錐，自選實驗所需添加的一些元器件等。
    二、面包板實驗入門
    實驗是通向科學成功的橋梁，正是由於實驗造就了19世紀最偉大的實驗物理學家、實驗大師M·法拉第，為近代物理的發展奠定了基礎。在了解面包板的構造之后，通過面包板電路搭接實驗來了解其使用的方法。
    1.省電指示燈電路
    圖2為省電指示燈電路：
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它由電池組GB（6V）、按鈕開關SB、限流電阻器R（390Ω）、紅色發光二極管和導線組成。電池組用4節5號電池串聯而成，開關選用電鈴按鈕開關，接線用1芯導線，電阻器上面的四條色環為橙色、白色、棕色及金色，標稱阻值為390Ω，允許偏差±5 ％。發光二極管采用直徑3mm的紅色發光二極管。限流電阻器R為390Ω時，發光二極管中電流約10mA，亮度已經很高了。如用高亮度發光二極管，限流電阻器可以適當加大（1k～3.9kΩ），工作電流僅為1～3mA，成為名副其實的省電指示燈電路。
看起來圖2省電指示燈電路很簡單，在面包板上搭接電路卻是新的嘗試，需要掌握在面包板上連接電路的方法，了解電阻器和發光二極管的使用方法，邁出面包板電路實驗的第一步。建議初學者使用SYB—46型面包板，按圖3示范連接方法進行實驗。常見的錯誤是把電阻器、發光二極管的兩條管腳插在同一列的5個方孔內造成短路，或者發光二極管正負極管腳接反。
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    在初步掌握省電指示燈電路面包板連接后，不妨在電路中再串聯一只發光二極管，連成圖4、圖5所示的兩種不同的串聯方法。注意：這兩個電路的區別！
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    圖6為並聯電路，可以把它視作兩路省電指示燈電路，只是共用一只電阻器。
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在面包板上連接並聯電路時，一路省電指示燈電路搭接點亮之后，再連接第二路，連接示意圖見圖7。
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其特點是各元器件連接緊湊，節省面包板使用面積，在插接元器件較多時具有實用的意義。如果每只發光二極管各串聯一只電阻器，特別是發光顏色不同的發光二極管，兩路指示燈就不會互相牽制了。如果把發光二極管串聯的開關、電阻器互相換個位置，都能把相應的電路搭接出來，說明已經初步掌握了面包板電路搭接的方法。要重視在實驗操作過程中培養技巧能力，而不僅僅是得到實驗現象的結果。
    2.電碼模擬器
    電碼是一種電報通信用以傳輸字母、數字和標點等的代表符號。1838年，美國科學家S·莫爾斯發明了由點和划兩個符號組合而成的電碼，這就是在電報通信中廣泛應用的莫爾斯電碼。1844年，建成通信線路開始通電報，揭開人類通信歷史上的新篇章。
    圖8所示的電路是收發電碼的簡易模擬器：
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它分為左右兩個獨立的帶按鈕開關的訊響器。在一塊面包板上搭接左邊的訊響器電路。注意蜂鳴器端面上的正極標志，相應一側的管腳（長管腳）為正極，在插接蜂鳴器時，正極與電源正極相連。再用另一塊面包板來搭接右邊的電路，最后將兩塊面包板上最上行X長條簧片用長導線連接起來，最下行Y長條簧片連接起來，形成通信線路，進行電碼收發報練習。通過電碼模擬器實驗，在面包板上搭接“聲光訊響器”，熟悉電路的並聯，了解國際電碼表及電報通信，增強面包板實驗的興趣。
    附表為數碼讀音及電碼符號表。
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1～9和0這10個數字是用“短碼”或“長碼”的電碼符號來傳遞的，而這些電碼符號都是由點“·”和划“-”組成的。電碼表中的“·”口讀為“的”（di），讀時發音要短促清脆，“-”口讀為“達”（dá），讀時要均勻平穩。在進行電碼發報按鍵（按鈕開關）練習時，按鍵時間短的產生“·”的電碼信號，蜂鳴器發出短促清脆“的”的聲音，按鍵長時，產生響亮“-”的持續聲。通常“-”的發聲時間是“·”發聲時間的3倍，“·”和“-”或“-”和“·”之間間歇的時間是一個“·”的發聲時間。在發兩個數字電碼信號之間要留出3個“·”的不按電鍵的間歇時間，也就是一個“-”的間歇時間，以示區分開兩個數字電碼，一組電碼與另一組電碼之間間歇的時間為5個“·”不間斷的發聲時間。當甲方發出自己生日日期的電碼信號，乙方根據接收的電碼信號譯出甲方的生日日期，完成電碼收發練習。
   3.電容器的充電及放電作用
    1745年，荷蘭萊頓大學P·穆森布羅克發明“萊頓瓶”，這是一種最原始的電容器，在玻璃瓶內外貼上金屬箔作為板極，這樣就構成了由兩個金屬板相互靠近並用玻璃介質絕緣的電容器。顧名思義，電容器最主要的特征是能夠存儲電荷，具有充電和放電作用，並有隔斷直流電和允許交流電通過的能力。通過圖9所示的電容器的充電與放電電路來了解電容器的使用方法； 觀察電容器的充、放電現象； 實驗定時電阻器、電容器的時間常數對電容器充電、放電的影響。
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    在圖9的實驗電路中，電容器C1（220μF）和C2（220μF）並聯，總電容量等於兩個電容器的電容量之和（440μF）。電路左方由電源GB、按鈕開關SB1、電阻器R1和並聯的電容器C1、C2組成RC（阻容）充電電路，充電電流由紅色發光二極管的發光亮度顯示出來。當SB1閉合接通電源瞬間，紅色發光二極管閃亮一次。R1的電阻值越大，紅色發光二極管瞬間電流（最大電流）越小，向電容器充電的時間越長。在向電容器充電的過程中，充電電流和電壓的變化見圖10。
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    在圖9電路中，右方為電容器的放電電路，由SB2、R2、綠色發光二極管和並聯的電容器C1、C2組成。當C1、C2充足電后，斷開SB1，電容器C1、C2與電源GB脫離，這時再按下SB2，綠色發光二極管發生閃亮現象，這是由於電容器C1、C2存儲的電荷放電造成的，說明電容器能夠存儲電荷。電容器放電時，隨着電容器中存儲的電荷不斷減少，其兩端電壓急劇減小，放電電流也隨之按指數規律急劇減小，其電容器兩端電壓、放電電流變化與圖10充電電流變化曲線一樣。顯然，電阻器R的電阻值與充電電容器C的電容量兩者的乘積R·C越大，充放電所需要的時間也越長，因此把R·C叫做阻容充放電電路的時間常數，用希臘字母τ來表示，即
    τ=R·C
    當電阻的單位為歐姆，電容的電容量為法拉時，τ的單位為秒。在圖9電路中，R=1kΩ，C=440μF時，τ=1×103×440×10-6=0.44（秒）。在實驗時，發光二極管為什么只能瞬間閃亮，通過計算時間常數τ就可以得到證明。
    電容器充放電電路面包板連接示意見圖11：
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在面包板左下角進行連接。電容器選用工作電壓10～16V的小型電解電容器，由於其體積較大，在面包板上要留有一定的空間，並需要一條導線將兩個電容器的正極並聯在一起。電解電容器在使用時要注意極性，長引腳為正極，短引腳為負極，通常電容器殼體負極引腳一側有“-”的標志。