"Nepájivé kontaktné pole", alebo "Breadboard " je skvelá pomôcka na výrobu dočasných zapojení a vytváranie prototypov a nevyžaduje absolútne žiadne spájkovanie. Akonáhle nájdete nejakú elektronickú schému, ktorú chcete vyskúšať, alebo si iba potrebujete overiť funkčnosť daného zapojenia tak teraz nastane čas, aby ste z kôpky komponentov zostavili funkčné zapojenie. A teraz je na mieste otázka - vyleptať prácne obrazec plošných spojov, alebo použiť nepájivé kontaktné pole?

Vytvorenie finálneho výrobku sa zvyčajne vykonáva spájkovaním komponentov na doske s plošnými spojmi (PCB). Tento postup je vhodný pre obvody, ktoré boli testované a fungujú podľa želania, a tiež vtedy, keď sa stáva finálnym. Vytvorenie návrhu DPS iba pre niekoľko aplikácií - napríklad pri vývoji obvodu - však nie je ekonomické. Namiesto toho, zatiaľ čo pracujete so zapojením v jeho vývojovej fáze a počet súčiastok je nízky a nepoužívajú sa extrémne vysoké frekvencie, tak sa komponenty  zvyčajne montujú na nepájivé kontaktné pole.

Detail osadenia kontaktného poľa.

Interné prepojenia nepájivého kontaktného poľa

Existujú rôzne typy a veľkosti nepájivých kontaktných polí - breadboardov, ktoré sú vhodné pre obvody rôznych zložitostí. Pre prototypovanie malých obvodov je možné použiť malé nepájivé kontaktné pole a pre obvody s mnohými komponentami sú k dispozícii väčšie dosky. Nepájivé polia možno tiež stohovať dohromady, aby sa vytvorili väčšie dosky aj pre veľmi zložité obvody.

Detail vnútorných prepojení kontaktného poľa.

Niektoré kontaktné polia sú vyrobené z priehľadného plastu, takže môžete vidieť kontaktné spony vo vnútri.

Detail kontaktnej spony.

Detail a spôsob uchytenia komponentu v spone kontaktného poľa.

Pekné na práci s breadboardom je, že sa dá ľahko a rýchlo vytvoriť a upraviť obvod a že sa dajú otestovať nápady bez toho, aby bolo potreba spájkovať komponenty. Po vyskúšaní obvodu a overení jeho funkčnosti obvodu je možné komponenty ľahko demontovať a nepájivú dosku znova použiť na ďalšie projekty. Jej opätovné použitie je preto hlavným dôvodom toho, že nepájivé kontaktné polia sú medzi študentmi a v technologickom vzdelávaní mimoriadne obľúbené. Existujú aj ďalšie prototypové dosky, napríklad stripboardy veroboardy a prototypové dosky plošných spojov, ktoré sa používajú na výrobu polopermanentných spájkovaných prototypov alebo jednorazových riešení, ale tieto dosky sa nedajú znovu použiť.

Detail prototypovej dosky pre jedno použitie.

Typická nepájivá doska (pozri obrázok nižšie) pozostáva z radov otvorov rozmiestnených tak, aby do nich bolo možné vložiť integrované obvody a ďalšie komponenty. Otvory majú pružinové uchytenie, takže vývody komponentov sú pevne držané na svojom mieste. Aj keď sú nepájivé kontaktné polia dostupné od niekoľkých rôznych výrobcov, väčšina z nich má podobné rozloženie. Typické usporiadanie je tvorené kovovými lištami, ktoré sa používajú na pripojenie vývodov v rade alebo stĺpci. Tieto kovové pásy prebiehajú pod doskou a spájajú otvory v hornej časti dosky. Dajú sa ľahko odhaliť odstránením zadného krytu nepájivového poľa.

Nepájivé kontaktné pole (pri pohľade vpravo) je vyrobená z kovových kontaktných spon a plastového ochranného krytu. Odstránením zadného krytu sa odhalia tieto kovové spony. Z dosky bola vybraná pre ilustráciu jedna kovová spona.

Obrázok nižšie zobrazuje typické rozloženie vnútorného prepojenia kontaktného poľa. V strede doštičky je malá medzera (zárez prebiehajúci paralelne s dlhou stranou), ktorá rozdeľuje dosku na dve polovice. Medzera je užitočná na umiestnenie napr. integrovaných obvodov DIP (Dual in-line Package). Integrované obvody sú umiestnené tak, aby vývody integrovaného obvodu na jednej strane boli na ľavej polovici kontaktného poľa a vývody integrovaného obvodu na druhej strane boli na pravej polovici (pozri obrázok nižšie). Keď je integrovaný obvod v púzdre DIP (napríklad typický DIP-14 alebo DIP-16, ktoré majú medzi radmi pinov šírku 7,6 mm) zapojený do kontaktného poľa, tak piny jednej strany čipu pôjdu do stĺpca E, zatiaľ čo piny na druhej strane zapadnú do stĺpca F na druhej strane medzery.

Spony vpravo a vľavo od medzery sú spojené radiálne a tvoria svorkovnice; typicky je päť svoriek (t.j. pod piatimi otvormi) v rade na každej strane medzery elektricky spojených. Päť stĺpikov svoriek vľavo od zárezu je často označených ako A, B, C, D a E a sú navzájom spojené do radu, zatiaľ čo tie vpravo sú označené F, H, I, J a K sú tiež navzájom prepojené za sebou.

Typické rozloženie vnútorného prepojenia nepájivého kontaktného poľa.

Na ľavej a pravej strane kontaktného poľa na obrázku vyššie sú tiež dva páry stĺpcov, ktoré sú označené farebnými čiarami. Tvoria zbernicové lišty a sú vyhradené pre napájanie a uzemnenie. Otvory v každom z týchto špecifických stĺpcov sú navzájom spojené cez svoju čiaru stĺpca.

Na väčšine komerčne dostupných kontaktných polí je akýkoľvek stĺpec určený pre napájacie napätie označený červenou farbou, zatiaľ čo akýkoľvek stĺpec pre zem je označený modrou alebo čiernou farbou. Niektorí výrobcovia pripájajú všetky terminály do stĺpca v jednom páse zbernice, zatiaľ čo iní spájajú iba ich skupiny v rovnakom stĺpci. Z dôvodu rôznych konfigurácií je najlepším spôsobom, ako skontrolovať neprítomnosť alebo prítomnosť spojitosti v skupine výkonových terminálov, použiť multimetr. Na veľkých prepojovacích doskách sú okrem zbernicových pásikov nachádzajúcich sa buď vľavo alebo / a vpravo, ďalšie zbernicové pásy často umiestnené v hornej a spodnej časti svorkovníc.

Je dôležité si uvedomiť, že rozdvojky na rôznych stranách dosky nie sú pripojené, takže na pripojenie rovnakého zdroja energie na rôznych stranách je potrebné použiť dodatočné prepojovacie vodiče. Okrem toho sú tu iba značky farebných čiar alebo akékoľvek iné značky na predlžovacích kábloch. V skutočnosti neexistuje pravidlo pre zapojenie napájania do "červeného" pruhu a uzemnenie do "modrého". Je však dobrým zvykom udržiavať všetko tak, aby v zapojení nevznikol zbytočný chaos, čo by mohlo viesť ku skratu poľa a následnému zničeniu obvodu.

Čísla a písmená vyznačené na rôznych riadkoch a stĺpcoch kontaktného poľa slúžia iba ako informácia, ktorá slúži ako koordinačný systém a umožňuje ľahký odkaz na určitý bod pripojenia obvodu. Sú tiež užitočné pri používaní brožúr s pokynmi, ktoré sa nachádzajú v mnohých knihách a príručkách o zapájaní elektronických obvodov.

Prepojovacie vodiče

Fotografia nižšie zobrazuje nepájivú dosku obsahujúcu integrovaný obvod, rezistor,  keramický kondenzátor, tranzistor, diódu a LED diódu, stabilizátor a trimer. Niektoré zapojenia obvodov sa jednoducho uskutočňujú pomocou svoriek Terminal a Bus. Komponent, ktorý je umiestnený na konkrétnom riadku alebo v konkrétnej skupine stĺpcov, je skutočne elektricky spojený s čímkoľvek iným umiestneným v rovnakom riadku alebo stĺpci. Pre spojenia medzi rôznymi radmi alebo rôznymi stĺpikmi sa však musia použiť prepojovacie vodiče.

Nepájivá pole s integrovaným obvodom a množstvom rezistorov a kondenzátorov.

Tieto prepojovacie vodiče sa dajú kúpiť za pár drobných buď ako hotové dodávané v rôznych farbách, dĺžkach a kvalitách a sú opatrené zasúvacími pinmi a farebne rozlíšené. Počet dostupných farieb je však obmedzený. Čierny a červený vodič sú zvyčajne vyhradené pre napájacie napätie a zvyšok sa jednoducho používa tam, kde je to vhodné, alebo môžte ako alternatívu použiť vodič o vhodnom priemere napríklad zo sieťového kábla CAT-5 alebo CAT-6. Iné vodiče nie sú vhodné, pretože hrubšie sa nezmestia vôbec a tenšie sa môžu pri zasunutí do otvoru pokrčiť a pri ich odlomení môžu poškodiť dosku, alebo ju  skratovať a tým poškodiť aj samotné zapojenie.

Pri  "home made" výrobe prepojovacích vodičov je nevyhnutné, aby boli ich odizolované časti dlhé okolo 5 až 7,5 mm. S veľmi krátkymi drôtmi to však môže byť celkom výzva. Kratšie odizolované vodiče môžu mať za následok zlý kontakt zo sponami vnútry kontaktného poľa (izolácia sa zachytí v sponách). Dlhšie odizolované vodiče zas zvyšujú pravdepodobnosť skratov na doske.

Príklad vhodnej sady prepojovacích vodičov pre nepájiteľné nepájivé pole - klikni (Banggood)

Napájanie kontaktného poľa

Niektoré kontaktné polia majú vyvedené napájacie svorky tak, ako je tomu na obrázku nižšie.  Tieto svorky umožňujú pripojenie externých zdrojov napájania, napríklad z vášho napájacieho zdroja, nakoľko majú priemer 4mm. V nezapojenom kontaktnom poli (bez komponentov) nie sú tieto svorky pripojené k žiadnemu stĺpcu, alebo riadku poľa. Ich pripojenie je na užívateľovi a je možné ich dosiahnuť použitím prepojovacích vodičov. Jediným dôvodom, prečo výrobca nepripojil tieto svorky k žiadnej zbernici alebo terminálu, je úplná prispôsobiteľnosť a neobmedzovanie sa iba na vopred definované spojenia.

Kontaktné polia sú zvyčajne vybavené 2 alebo 3 farebne odlíšenými svorkami; Čierna a červená sú zvyčajne určené pre napájanie jednosmerným napätím. Tretia a ďalšia svorka  je zvyčajne modrá alebo žltá a môže sa použiť na zabezpečenie dodatočného napájania alebo na akýkoľvek iný účel.

Typická doska kontaktného poľa s vyvedenými napájacími svorkami - klikni ( Banggood)

Tipy pre používanie kontaktného poľa

Vďaka pár polovodičom, nepájivému poľu a niekoľkým prepojovacím vodičom by ste mali byť schopní zapojiť takmer všetko, na čo si spomeniete. Nevzdávajte sa zakaždým, keď z tranzistora vystúpa oblak dymu, alebo keď obvod urobí niečo úplne iné než očakávate, je to všetko súčasťou tvorivej práce. Naučte sa za pochodu, používajte internet, príručky a zapojenia iných ľudí ako sprievodcu a onedlho budete môcť vytvoriť akýkoľvek typ obvodu bez akýchkoľvek referenčných materiálov. Pamätajte, že akýkoľvek obvod, ktorý staviate na nepájivom poli, nemusí nevyhnutne vyzerať podobne ako je uuvedený schematicky. Pokiaľ sú vykonané všetky elektrické spojenia, môžete svoj obvod zostaviť ľubovoľným spôsobom. Ešte niekoľko tipov, ktoré vám pomôžu čo najefektívnejšie využiť nepájivé kontaktné pole naplno.

• Je dôležité, aby ste každé zapojenie na kontaktnom poli vytvárali pokiaľ možno prehľadne a systematicky, aby ho mohol ktokoľvek odladiť a ľahko a rýchlo spustiť. Pomáha tiež v prípade, že obvod potrebuje pochopiť a skontrolovať niekto iný.

• Vždy si zvoľte pre dané zapojenie optimálnu veľkosť kontaktného poľa.

• Štandardným spôsobom pripojenia napájania je použitie vedľajších vedení (zbernicových prúžkov).

• Použitie čiernych vodičov pre uzemnenie (0V) a červeného pre hlavné napájanie pomáha pri ľahkej kontrole počas prototypov a eliminuje možnosť vzniku skratu.

• Prepojovacie vodiče používajte o vhodnej dĺžke.

• Zapojenie prepojovacích vodičov okolo integrovaných obvodov a nie cez ne dosť pomáha pri ich ľahkej výmene v prípade potreby.

• Pre zabránenie náhodnému narušeniu spojenia alebo vytiahnutiu ľubovoľného komponentu je tiež nevyhnutné dobré dotlačenie vývodov komponentov, aby dobre sedeli, a použitie čo možno najkratších prepojovacích vodičov.  

Obmedzenia nepájivého kontaktného poľa

V prvom rade, nie je možnné používať SMD komponenty, ale iba klasické komponenty, čo v  niektorých prípadoch znamená niekedy viac výhod než nevýhod. Nepájivé kontaktné polia sú obmedzené na prevádzku pri relatívne nízkych frekvenciách. Je to spôsobené relatívne veľkou rozptýlenou kapacitou, ktorá je medzi susednými kovovými pásmi, a relatívne vysokou indukčnosťou kontaktných spon a prepojovacích vodičov. Rovnako tu platia obmedzenia, čo sa týka použitia veľkosti privádzaného napätia a prúdu. Osobne používam 24V a 2A čo je podľa mna viac než dosť na bežné experimentovanie.

Pripojenia na kontaktnom poli majú relatívne vysoký kontaktný odpor v porovnaní so správne realizovaným návrhom PCB. To sa stáva problémom väčšinou na frekvenciách nad 10 MHz, ale v niektorých prípadoch to už môže byť v závislosti od povahy obvodu problémom pre jednosmerné a veľmi nízke frekvencie.