Tablero de circuitos

Placa de prototipos sin soldadura de 400 puntos con  espaciado entre orificios de 0,1 pulgadas (2,54 mm), vistas superior e inferior.

La placa de circuito impreso (PCB) de 400 puntos es eléctricamente equivalente a la placa de prototipos sin soldadura descrita anteriormente.

Una placa de pruebas , también conocida como placa de pruebas sin soldadura o protoboard , es una base de construcción que se utiliza para crear prototipos semipermanentes de circuitos electrónicos . A diferencia de una placa perforada o una placa de tiras , las placas de pruebas no requieren soldadura ni la destrucción de pistas, por lo que son reutilizables. Por esta razón, las placas de pruebas también son populares entre los estudiantes y en la enseñanza de tecnología.

Mediante el uso de placas de pruebas, se pueden crear prototipos de diversos sistemas electrónicos, desde pequeños circuitos analógicos y digitales hasta unidades centrales de procesamiento (CPU) completas.

En comparación con los métodos de conexión de circuitos más permanentes, las placas de prototipos modernas presentan una alta capacitancia parásita , una resistencia relativamente alta y conexiones menos fiables, susceptibles a vibraciones y degradación física. La señalización se limita a unos 10  MHz, e incluso a frecuencias muy inferiores, no todo funciona correctamente.

En los inicios de la radio, los aficionados clavaban cables de cobre desnudo o regletas de terminales a una tabla de madera (a menudo, literalmente, una tabla de cortar pan ) y soldaban componentes electrónicos a ellos. ^{[ 1 ]} A veces, primero se pegaba un diagrama esquemático de papel a la tabla como guía para colocar los terminales, y luego se instalaban los componentes y los cables sobre sus símbolos en el diagrama. También era común usar chinchetas o clavos pequeños como postes de montaje.

Las placas de prototipos han evolucionado con el tiempo y el término ahora se usa para todo tipo de dispositivos electrónicos prototipo. Por ejemplo, la patente estadounidense 3,145,483, ^{[ 2 ]} se presentó en 1961 y describe una placa de prototipos de madera con resortes montados y otras instalaciones. La patente estadounidense 3,496,419, ^{[ 3 ]} se presentó en 1967 y se refiere a un diseño particular de placa de circuito impreso como una placa de prototipos de circuito impreso . Ambos ejemplos se refieren y describen otros tipos de placas de prototipos como estado de la técnica anterior .

En 1960, Orville Thompson del Instituto Técnico DeVry patentó una placa de prototipos sin soldadura que conectaba filas de orificios mediante un resorte metálico. ^{[ 4 ]} En 1971, Ronald Portugal de E&L Instruments patentó un concepto similar con orificios espaciados a 0,1 pulgadas (2,54 mm) , igual que los encapsulados DIP de circuitos integrados, que se convirtió en la base de la moderna placa de prototipos sin soldadura que se utiliza comúnmente hoy en día. ^{[ 5 ]} 

Un zócalo moderno para protoboard sin soldadura consta de un bloque de plástico perforado con numerosos clips de resorte de bronce fosforoso o aleación de níquel-plata estañados bajo las perforaciones. Estos clips suelen denominarse puntos de conexión o puntos de contacto . El número de puntos de conexión suele indicarse en las especificaciones de la protoboard.

La separación entre los clips (paso de los terminales) suele ser de 0,1 pulgadas (2,54 mm) . Los circuitos integrados (CI) en encapsulados DIP ( Dual In-line Package ) se pueden insertar a ambos lados de la línea central del bloque. Los cables de interconexión y los terminales de los componentes discretos (como condensadores , resistencias e inductores ) se pueden insertar en los orificios libres restantes para completar el circuito. Cuando no se utilizan CI, los componentes discretos y los cables de conexión pueden usar cualquiera de los orificios. Normalmente, los clips de resorte tienen una capacidad nominal de 1 amperio a 5 voltios y 0,333 amperios a 15 voltios (5 vatios ). 

Autobuses y terminales

Las placas de prototipos sin soldadura conectan los pines mediante tiras metálicas internas. El diseño típico de una placa de prototipos sin soldadura se compone de dos tipos de áreas, llamadas tiras. Estas tiras constan de terminales eléctricos interconectados. A menudo, las tiras o bloques de una marca específica tienen ranuras de cola de milano macho y hembra para que las placas se puedan unir y formar una placa de prototipos de mayor tamaño.

The main areas, to hold most of the electronic components, are called terminal strips. In the middle of a terminal strip of a breadboard, one typically finds a notch running in parallel to the long side. The notch is to mark the centerline of the terminal strip. The clips on the right and left of the notch are each connected in a radial way; typically five clips (i.e., beneath five holes) in a row on each side of the notch are electrically connected. The five columns on the left of the notch are often marked as A, B, C, D, and E, while the ones on the right are marked F, G, H, I and J. When a "skinny" dual in-line pin package (DIP) integrated circuit (such as a typical DIP-14 or DIP-16, which have a 0.3-inch (7.6 mm) separation between the pin rows) is plugged into a breadboard, the pins of one side of the chip are supposed to go into column E while the pins of the other side go into column F on the other side of the notch. The rows are identified by numbers from 1 to as many the breadboard design goes. A full-size terminal breadboard strip typically consists of around 56 to 65 rows of connectors. Together with bus strips on each side this makes up a typical 784 to 910 tie point solderless breadboard. Most breadboards are designed to accommodate 17, 30 or 64 rows in the mini, half, and full configurations respectively.

To provide power to the electronic components, bus strips are used. A bus strip usually contains two columns: one for ground and one for a supply voltage. However, some breadboards only provide a single-column power distribution bus strip on each long side. Typically the row intended for a supply voltage is marked in red, while the row for ground is marked in blue or black. Some manufacturers connect all terminals in a column. Others just connect groups of, for example, 25 consecutive terminals in a column. The latter design provides a circuit designer with some more control over crosstalk (inductively coupled noise) on the power supply bus. Often the groups in a bus strip are indicated by gaps in the color marking. Bus strips typically run down one or both sides of a terminal strip or between terminal strips. On large breadboards additional bus strips can often be found on the top and bottom of terminal strips.

Some manufacturers provide separate bus and terminal strips. Others just provide breadboard blocks which contain both in one block.

Jump wires

Los cables de puente (también llamados cables puente) para el prototipado sin soldadura se pueden adquirir en kits listos para usar o fabricarse manualmente. Esto último puede resultar tedioso para circuitos grandes. Los cables de puente listos para usar vienen en diferentes calidades, algunos incluso con pequeños conectores en los extremos. El material de los cables de puente, ya sean prefabricados o caseros, suele ser cobre macizo estañado de 22 AWG (0,33 mm² ⁾ , siempre que no se vayan a añadir pequeños conectores a los extremos. Los extremos de los cables deben pelarse entre 4,8 y 7,9 mm (3/16 a 5/16 pulg . ) . Los cables pelados más cortos pueden provocar un mal contacto con los clips de resorte de la placa (el aislamiento queda atrapado en los resortes). Los cables pelados más largos aumentan la probabilidad de cortocircuitos en la placa. Las pinzas de punta fina y las pinzas de depilar son útiles para insertar o extraer cables, especialmente en placas con muchos componentes.    

Para mayor coherencia, se suelen utilizar cables de distintos colores y un código de colores específico. Sin embargo, la cantidad de colores disponibles suele ser mucho menor que la cantidad de tipos o rutas de señal. Normalmente, algunos colores de cable se reservan para las tensiones de alimentación y la tierra (por ejemplo, rojo, azul, negro), otros para las señales principales y el resto se utiliza según convenga. Algunos juegos de cables de conexión prefabricados utilizan el color para indicar la longitud de los cables, pero estos juegos no permiten un esquema de codificación de colores significativo.

Un uso común en la era del sistema en un chip (SoC) es obtener un microcontrolador (MCU) en una placa de circuito impreso (PCB) preensamblada que expone una matriz de pines de entrada/salida (E/S) en un conector adecuado para enchufar en una placa de pruebas, y luego prototipar un circuito que explota uno o más de los periféricos del MCU, como entrada/salida de propósito general (GPIO), transceptores seriales UART / USART , convertidor analógico-digital (ADC), convertidor digital-analógico (DAC), modulación por ancho de pulso ( ^PWM ; utilizado en el control de motores ), interfaz periférica serial (SPI) o I2C .

Posteriormente, se desarrolla el firmware para que el microcontrolador (MCU) pueda probar, depurar e interactuar con el prototipo del circuito. El funcionamiento a alta frecuencia se limita en gran medida a la placa de circuito impreso (PCB) del SoC. En el caso de interconexiones de alta velocidad como SPI e I²C ^, estas pueden depurarse a menor velocidad y, posteriormente, recablearse utilizando una metodología de ensamblaje de circuitos diferente para aprovechar el funcionamiento a máxima velocidad. Un único SoC pequeño suele proporcionar la mayoría de estas opciones de interfaz eléctrica en un formato apenas mayor que un sello postal grande, disponible en el mercado estadounidense de aficionados (y en otros lugares) por unos pocos dólares, lo que permite crear proyectos de prototipado bastante sofisticados a un coste moderado.

Debido a la capacitancia parásita relativamente grande en comparación con una PCB bien diseñada (aproximadamente 2  pF entre columnas de contacto adyacentes ^{[ 23 ]} ), la alta inductancia de algunas conexiones y una resistencia de contacto relativamente alta y poco reproducible , las placas de prototipos sin soldadura se limitan a operar a frecuencias relativamente bajas, generalmente inferiores a 10 MHz , dependiendo de la naturaleza del circuito. La resistencia de contacto relativamente alta puede ser un problema para algunos circuitos de CC y de muy baja frecuencia. Las placas de prototipos sin soldadura también están limitadas por sus especificaciones de voltaje y corriente. 

Las placas de prototipos sin soldadura generalmente no admiten dispositivos de tecnología de montaje superficial (SMD) ni componentes con un espaciado de rejilla distinto de 2,54 mm (0,1 pulgadas) . Además, no admiten componentes con varias filas de conectores si estos no coinciden con la disposición en línea doble , ya que resulta imposible proporcionar la conectividad eléctrica correcta. En ocasiones, se pueden utilizar pequeños adaptadores de PCB, denominados "adaptadores de ruptura", para conectar el componente a la placa. Estos adaptadores alojan uno o más componentes y cuentan con pines de conector macho espaciados a 2,54 mm (0,1 pulgadas) en una disposición en línea simple o doble, para su inserción en una placa de prototipos sin soldadura. Los componentes más grandes suelen conectarse a un zócalo del adaptador, mientras que los componentes más pequeños (por ejemplo, resistencias SMD) suelen soldarse directamente al adaptador. A continuación, el adaptador se conecta a la placa de prototipos mediante los conectores de 2,54 mm (0,1 pulgadas). Sin embargo, la necesidad de soldar los componentes al adaptador reduce algunas de las ventajas de utilizar una placa de prototipos sin soldadura. 

Los circuitos muy complejos pueden volverse inmanejables en una placa de prototipos sin soldadura debido a la gran cantidad de cableado necesario. La facilidad para conectar y desconectar cables también facilita la interrupción accidental de una conexión, lo que provoca que el sistema se vuelva poco fiable. Es posible crear prototipos de sistemas con miles de puntos de conexión, pero se requiere un montaje minucioso, y dicho sistema se vuelve poco fiable a medida que aumenta la resistencia de contacto con el tiempo. En algún momento, los sistemas muy complejos deben implementarse en una tecnología de interconexión más fiable para garantizar su funcionamiento durante un período de tiempo útil.

Los métodos alternativos para crear prototipos incluyen la construcción punto a punto (que recuerda a las placas de pruebas de madera originales), el cableado con alambre , el uso de lápices de cableado y placas como la placa perforada . Los sistemas complejos, como las computadoras modernas que constan de millones de transistores , diodos y resistencias , no se prestan a la creación de prototipos mediante placas de pruebas, ya que sus diseños complejos pueden ser difíciles de organizar y depurar en una placa de pruebas.

Los diseños de circuitos modernos generalmente se desarrollan mediante un sistema de captura y simulación de esquemas , y se prueban mediante simulación por software antes de fabricar los primeros prototipos en una placa de circuito impreso . Los diseños de circuitos integrados representan una versión más extrema del mismo proceso: dado que la producción de prototipos de silicio es costosa, se realizan extensas simulaciones por software antes de fabricar los primeros prototipos. Sin embargo, las técnicas de prototipado aún se utilizan para algunas aplicaciones, como los circuitos de radiofrecuencia , o cuando los modelos de software de los componentes son inexactos o incompletos.

También es posible utilizar una cuadrícula cuadrada de pares de agujeros, donde un agujero de cada par se conecta a su fila y el otro a su columna. Esta misma forma puede representarse en un círculo, con filas y columnas dispuestas en espiral en sentido horario o antihorario, respectivamente.

• Tablero de latón
• Carril DIN
• Muelle de expansión
• Clip de Fahnestock
• Diseño iterativo
• Mesa óptica

• Large parallel processing design prototyped on 50 connected breadboards