Breadboard

Kako radi breadboard: koje su rupice spojene, kako postaviti komponente i žice, modul za napajanje, najčešće greške i kako pronaći grešku.

Što je breadboard?

Breadboard (eksperimentalna pločica) je plastična pločica s rupicama u koje ubadamo elektroničke komponente (otpornike, LED-ice, tipkala, čipove, žice…) bez lemljenja. Sklop možemo brzo sastaviti, isprobati, promijeniti i rastaviti, a komponente poslije koristiti ponovno.

Breadboard služi za prototip, prvu probnu verziju sklopa. Kad sklop mora dugo i pouzdano raditi, prebacujemo ga na pločicu za lemljenje (perfboard) ili na štampanu pločicu (PCB).

Pravila sigurnog rada s breadboardom su u lekcijama Sigurnost na micro:bit radionici i Sigurnost na Arduino radionici.

Kako su rupice spojene?

Ispod rupica nalaze se metalne trake s malim kopčama. Kopča čvrsto uhvati nožicu komponente ili žicu i spoji je sa svim ostalim rupicama na istoj traci. Zato se komponente spoje čim ih utakneš.

• Redak: pet rupica s istim brojem, s iste strane srednjeg razmaka (A–E ili F–J), međusobno je spojeno. Na slici su retci okomiti jer je ploča položena; kad je okreneš, bit će vodoravni.
• Srednji razmak dijeli svaki redak na dvije polovice koje nisu spojene: A–E i F–J. Preko njega postavljamo tipkala i čipove.
• Linije napajanja su duge linije uz rub ploče, označene s + (crvena crta) i – (plava ili crna crta). Sve rupice u jednoj liniji su spojene. U njih dovodimo plus i minus napajanja, tako da su blizu svakom dijelu sklopa.
• Adresa rupice je slovo i broj, kao u igri potapanja brodova: C13 je rupica u stupcu C i retku 13. S adresama je lako opisati gdje ide koja nožica.

Na slici je rupica C13 u stupcu C i retku 13. Zeleno su označene ostale četiri rupice istog retka: one su spojene s njom.

Razmak između susjednih rupica je 2,54 mm. Toliki je razmak između nožica većine čipova, modula i konektora, pa oni stanu izravno u breadboard.

Prekinute linije napajanja

Na mnogim velikim breadboardima linije napajanja prekinute su na sredini ploče. Prekid se obično vidi kao razmak u crvenoj i plavoj crti, ali ne na svakoj ploči. Ako sklop koristi obje polovice linije, prekid prespojimo kratkim žicama, kao na slici gore (crvena i plava žica kod retka 30).

Gornje i donje linije napajanja također nisu spojene jedna s drugom. Ako trebaš napajanje s obje strane ploče, spoji ih žicama: plus s plusom, minus s minusom.

Kad nisi siguran je li nešto spojeno, provjeri multimetrom. U položaju za provjeru spoja multimetar zapišti kad dodirneš dvije rupice koje su spojene.

Veličine breadboarda

• Mini (170 rupica, 17 redaka) nema linije napajanja. Koristimo ga za male sklopove na micro:bit radionicama.
  
  
• Polovični (oko 400 rupica, 30 redaka) i
• Veliki (oko 830 rupica, 63 retka) imaju linije napajanja. Veliki koristimo na Arduino radionicama.

Breadboardi imaju utore sa strane, pa ih možemo spojiti jedan uz drugi u veću ploču. Retci i linije napajanja dvaju breadboarda tada nisu spojeni, a rupice se ne moraju poklapati.

Na dnu breadboarda je ljepljiva podloga koja drži metalne trake na mjestu. Ne skidamo je: bez nje kopče mogu ispasti.

Kako postaviti komponente

Najvažnije pravilo: dvije nožice iste komponente ne stavljamo u isti redak. Redak ih kratko spoji, pa struja prolazi kroz metalnu traku, a ne kroz komponentu.

Kako savijati nožice i žice

Koliko duboko? Nožica ili žica treba ući u rupicu oko 7 do 8 mm, otprilike koliko je debela olovka. Tek tada je metalna kopča čvrsto uhvati. Kraći kraj dotakne samo vrh kopče, pa spoj jednom radi, a drugi put ne. Predugačak kraj udari u dno, savije se i podigne komponentu.

Gore je presjek breadboarda s otpornikom i žicom. Dolje su tri nožice: prekratka dotakne samo vrh kopče, dobra je kopča čvrsto drži, a predugačka udari u dno i podigne komponentu.

• Ne savijaj uz samo tijelo. Između tijela komponente i mjesta savijanja ostavi 2 do 3 mm ravne nožice. Kućište savijeno uz sam rub može puknuti, a LED-ica se može pokvariti.
• Savijaj kliještima. Uhvati nožicu kliještima s dugim vrhovima tik do mjesta savijanja i prstom je savij oko vrha kliješta pod pravim kutom. Tako se savija nožica, a ne mjesto na kojem ulazi u komponentu.
• Odmjeri prije savijanja. Drži komponentu iznad ploče i savij nožice točno iznad rupica u koje idu. Kad su obje nožice savijene jednako, komponenta stoji ravno i nisko uz ploču.
• Ne savijaj isto mjesto više puta. Nožica koju savijaš amo-tamo na istom mjestu brzo pukne. Ako je savijena krivo, novu savinu napravi malo dalje.
• Skraćivanje: nožice skraćujemo samo uz dogovor s voditeljem, jer komponentu s dugim nožicama možemo kasnije opet koristiti. Ispod savijanja mora ostati 7 do 8 mm. Kod LED-ice dulja nožica (anoda) mora i nakon rezanja ostati dulja. Komadić koji odrežeš drži prstima ili ga okreni prema stolu, jer odrezani komadić odleti i može pogoditi oko.
• Žice: sa svakog kraja žice skini oko 8 mm izolacije. Ako skineš manje, izolacija uđe u rupicu i spoja nema; ako skineš više, gola žica viri iznad ploče i može dodirnuti susjednu. Žicu savij pod pravim kutom točno na kraju izolacije, da leži uz ploču. Žicu odreži na duljinu razmaka između dviju rupica, plus 2 × 8 mm za krajeve.
• Utiskivanje: nožicu uhvati blizu ploče, prstima ili kliještima, i gurni je ravno dolje. Ako se savija, uhvati je niže. Ako ni tada ne ulazi, ne guraj silom, nego pozovi voditelja.

Otpornik

Otpornik nema smjer, pa je svejedno kako je okrenut. Nožice savij pod pravim kutom (vidi okvir iznad), tako da otpornik leži nisko uz ploču i premošćuje tri do pet redaka. Vrijednost otpornika pročitaj iz boja prstenova (kalkulator).

Otpornik može ići i izravno iz linije napajanja u redak, pa ti ne treba dodatna žica. Na slici otpornik ide iz (+) linije izravno u rupicu A3.

LED-ica

LED-ica ima smjer. Duža nožica je anoda (+), kraća je katoda (–), a ravni rub kućišta je na strani katode. Ako su nožice jednako dugačke, gledaj ravni rub.

Nožice stavi u dva različita retka. LED-ica uvijek treba otpornik u seriji; koliki, izračunaj kalkulatorom.

Trik: ako raširiš nožice i postaviš LED-icu preko srednjeg razmaka, nožice su sigurno u različitim retcima.

Tipkalo

Malo tipkalo (6 × 6 mm) ima četiri nožice, a unutra su spojene u dva para. Nožice jednog para uvijek su spojene, a pritisak na tipku spaja jedan par s drugim.

Tipkalo postavljamo preko srednjeg razmaka. Ako mu nožice stoje u retcima 7 i 9, pritisak spaja redak 7 s retkom 9. Tipkalo pritisni ravno, dok ne sjedne do kraja. Ako nožica izađe sa strane, izvadi ga, ispravi nožicu i pokušaj ponovno.

Narančasta i ljubičasta crta na slici pokazuju parove nožica koji su uvijek spojeni, a isprekidana crta kontakt koji se zatvori kad pritisneš tipku. Zeleno su zaokružene dvije dijagonalne nožice.

Potenciometar

Potenciometar ima tri nožice i svaka ide u svoj redak. Srednja nožica je klizač: na njoj se napon mijenja kad okrećeš osovinu. Vanjske nožice spajamo na plus i minus.

Neki potenciometri imaju široke ili debele nožice koje ne ulaze u rupice. Takve ne guramo silom, nego uzmemo potenciometar koji stane u breadboard.

Elektrolitski kondenzator

Elektrolitski kondenzator ima polaritet. Traka sa znakovima – na kućištu označava minus nožicu, a duža nožica je plus. Krivo okrenut kondenzator može se zagrijati, napuhnuti i puknuti. Napon u sklopu mora biti manji od napona napisanog na kućištu.

Mali keramički kondenzatori nemaju polaritet i mogu se okrenuti kako god.

Čip

Čip s dva reda nožica stavljamo preko srednjeg razmaka. Upravo za to razmak i postoji: svaka nožica dobije svoj redak. Udubljenje ili točkica na kućištu označava stranu na kojoj je nožica 1; sve čipove okreni na isti način, npr. udubljenjem ulijevo.

Nožice novog čipa malo su raširene. Prije umetanja ih lagano poravnaj tako da čip nasloniš bočno na stol. Čip vadimo ravnomjerno s obje strane, ravnim odvijačem ili alatom za vađenje čipova; ako ga povučeš za jedan kraj, nožice na drugom kraju se savinu.

Moduli i pločice s nožicama

Senzori i moduli s nožicama u razmaku 2,54 mm stanu izravno u breadboard, svaka nožica u svoj redak. Ako modul stigne s nezalemljenim nožicama, najprije ih treba zalemiti. Nožice koje su samo utaknute u modul daju nepouzdan spoj: sklop jednom radi, a drugi put ne.

Arduino Nano stane preko srednjeg razmaka i ostavi po nekoliko slobodnih rupica sa svake strane.

Neke pločice (npr. ESP32) preširoke su za jedan breadboard i prekriju sve rupice s jedne strane. Trik: spoji dva breadboarda jedan uz drugi i postavi pločicu preko spoja između njih. Na mnogim breadboardima linija napajanja se može odvojiti, pa ploče stanu bliže.

Lijevo je Arduino Nano preko srednjeg razmaka, s po dvije ili tri slobodne rupice sa svake strane. Desno je ESP32 preko dva breadboarda: između njih je uklonjena linija napajanja, a sa svake strane pločice ostale su po dvije slobodne rupice.

Arduino Uno

Uno ne stoji na breadboardu, nego ga s pločom spajamo žicama. GND Arduina uvijek spajamo na (–) liniju.

Kad komponente napajaju pinovi Arduina, 5 V na ploči ne treba (kao u lekciji Pješački semafor). Na slici LED-icu pali pin D2, a s Arduina na ploču ide samo GND.

Kad sklop treba napajanje, 5 V spajamo na (+) liniju. Na slici potenciometar dobiva 5 V i GND, a njegova srednja nožica ide na pin A0.

Svi dijelovi sklopa moraju imati zajednički GND. Pin Arduina sigurno daje do oko 20 mA.

micro:bit

micro:bit spajamo krokodil štipaljkama: jedan kraj štipaljke na pin micro:bita, a drugi na žicu koja je utaknuta u breadboard. Pazi da štipaljka ne dodiruje susjedne male pinove na rubu micro:bita. Za veće sklopove postoji pločica s konektorom za micro:bit koja se utakne izravno u breadboard.

Lijevo crvena štipaljka ide s pina 0, a crna s GND. Desno gore štipaljka dobro drži pin 0 (✓). Dolje je skliznula u stranu i njezin metalni vrh dodiruje male pinove (✗).

micro:bit radi na 3,3 V i njegovi pinovi daju malu struju, pa i ovdje LED-ica treba otpornik.

Modul za napajanje

Sklop na breadboardu možemo napajati i iz modula za napajanje. To je mala pločica koja se utakne na kraj breadboarda, u obje linije napajanja, i u njih dovodi 5 V ili 3,3 V. Modul napajamo baterijom od 9 V ili adapterom od 12 V.

Na slici je gornji kratkospojnik na 5V, a donji na 3.3, pa gornje linije napajanja imaju 5 V, a donje 3,3 V. Priključak za napajanje i USB utičnica vise preko ruba breadboarda.

Na modulu su:

• priključak za napajanje (okrugli utikač), sklopka za uključivanje i zelena LED-ica koja svijetli kad je modul uključen;
• dva regulatora napona, koji od napona baterije ili adaptera naprave stalnih 5 V i 3,3 V;
• kratkospojnik sa svake strane, kojim biraš napon za tu stranu ploče: 5V, OFF (isključeno) ili 3.3. Dvije strane mogu imati različite napone;
• nožice s oznakama 5V, 3.3V i GND na sredini modula, na koje možeš spojiti žice s pinovima;
• USB utičnica, koja daje 5 V za neki drugi uređaj. Na radionicama je ne koristimo.

Prije uključivanja

1. Provjeri smjer: oznake + i – na modulu moraju biti uz crvenu (+) i plavu (–) liniju breadboarda. Redoslijed linija nije na svakoj ploči isti (vidi grešku 7 u odjeljku Najčešće greške niže).
2. Postavi kratkospojnik na napon koji sklop treba, a stranu koju ne koristiš na OFF.
3. Uključi modul i multimetrom izmjeri napon u linijama na obje strane, prije nego što utakneš dijelove kojima krivi napon može naškoditi.

Baterija od 9 V brzo se istroši. Kad sklop počne raditi čudno ili LED-ica na modulu slabo svijetli, izmjeri bateriju: ako ima manje od oko 7,5 V, zamijeni je.

Uredno spajanje

Uredan sklop je lakše provjeriti, a greška se vidi na prvi pogled.

• Boje žica: crvena za plus, crna (ili plava) za minus (GND), ostale boje za signale. Tako na prvi pogled vidiš gdje je napajanje.
• Kratke žice: žica neka bude tek toliko duga da dosegne cilj i leži uz ploču. Duge petlje zakače prste i kabele, izvuku se i skrivaju ostatak sklopa.
• Oko, a ne preko: žice vodimo oko čipova i komponenti, ne preko njih. Tako se komponenta može izvaditi, a oznake na njoj ostaju vidljive.
• Sve u istom smjeru: sve LED-ice okreni katodom na istu stranu, otpornike tako da se boje čitaju slijeva nadesno, a čipove udubljenjem ulijevo.
• Prava žica: u rupice ide žica od jedne čvrste niti (puna žica). Žica od mnogo tankih niti (licnasta) se razdvoji: niti ostanu u rupici ili dodirnu susjedni redak. Takva žica smije u rupicu samo ako joj je kraj pokositren ili ima metalni pin.
• Ostavi mjesta: između dijelova sklopa ostavi slobodan redak ili dva, da prsti i sonde multimetra dođu do svake nožice.
• Gradi dio po dio: najprije napajanje, zatim jedan dio sklopa. Isprobaj ga, pa tek onda dodaj sljedeći. Ako nešto prestane raditi, greška je u zadnjem dijelu.
• Kvačice na shemi: isprintaj shemu i olovkom označi svaku vezu čim je spojiš. Kad su sve crte na shemi označene, sklop je gotov.

Najčešće greške

Za svaku grešku lijeva slika (✗) pokazuje grešku, a desna (✓) ispravan spoj. Narančasti krug označava grešku, a zeleni mjesto na kojem je popravljena. Zeleno su označeni retci koji su spojeni, a plavo i crveno linije napajanja.

1. Obje nožice u istom retku. LED-ica ne svijetli, jer struja ide kroz metalnu traku u retku, a ne kroz LED-icu. Nožice moraju biti u dva različita retka.

2. Nožica u susjednom retku. Jedna nožica je promašila redak za jednu rupicu, pa otpornik i LED-ica nisu spojeni. Pogledaj adrese rupica.

3. Prekinuta linija napajanja. Sklop radi na jednoj polovici ploče, a na drugoj ne. Prekid prespoji kratkim žicama: plus s plusom, minus s minusom.

4. Krivo postavljeno tipkalo. LED-ica svijetli stalno ili nikad. Postavi tipkalo preko srednjeg razmaka i koristi dijagonalne nožice.

5. Nema zajedničkog GND-a. Na slici donja (–) linija nije spojena s gornjom, pa minus ne dolazi do LED-ice. Spoji i plus s plusom i minus s minusom. Isto se dogodi kad Arduino i ostatak sklopa nemaju spojen GND: sklop radi čudno ili ne radi.

6. Okrenuta LED-ica ili kondenzator. LED-ica ne svijetli, a kondenzator se može zagrijati. Duža nožica LED-ice (anoda) ide prema plusu, a ravni rub kućišta prema minusu.

7. Zamijenjene linije. Crvena žica s baterije ide u (+) liniju, a crna u (–) liniju. Gore i dolje redoslijed linija nije uvijek isti, zato uvijek gledaj boju crte i znak, a ne položaj linije.

8. Žica izravno spaja plus i minus. To je kratki spoj: baterija i žica se griju. Odmah isključi napajanje i izvadi tu žicu.

9. Preduge i neuredne nožice. Duge nožice koje strše na sve strane prije ili kasnije se dodirnu, a to je kratki spoj. Na slici se dodiruju nožice LED-ice, pa LED-ica ne svijetli. Ako se dodirnu nožice spojene na plus i minus, baterija i žice se griju. Nožice savij tako da komponenta leži nisko uz ploču, a predugačke skrati uz dogovor s voditeljem (vidi okvir Kako savijati nožice i žice u odjeljku Kako postaviti komponente).

Kad sklop ne radi

Ne mijenjaj sve odjednom, nego provjeravaj redom:

1. Isključi napajanje.
2. Pogledaj ploču odozgo i sa strane, u visini očiju. Je li svaka nožica stvarno u rupici, ili je savijena ispod komponente ili pokraj rupice?
3. Uzmi shemu i za svaku vezu na njoj prstom pronađi istu vezu na ploči.
4. Provjeri smjer LED-ica, kondenzatora i čipova te nožice tipkala.
5. Ako imaš multimetar: s isključenim napajanjem provjeri spojeve (zvučni signal). Zatim uključi napajanje i izmjeri napon, prvo na linijama napajanja, a onda na nožicama komponenti. Crna sonda je na GND, a crvenu stavi u slobodnu rupicu u istom retku kao nožica. Na slici je crvena sonda u D3, u istom retku kao otpornik, pa multimetar pokazuje napon baterije.
   
   
6. Zamijeni žicu. Žice s pinovima na krajevima često puknu iznutra, ispod izolacije, a izvana izgledaju ispravno.
7. Premjesti komponentu u druge rupice. Rupica u koju je netko gurnuo debelu nožicu više ne drži dobro.
8. Zamijeni sumnjivu komponentu (npr. LED-icu) drugom za koju znaš da radi.
9. Ako sklop i dalje ne radi, podijeli ga na dva dijela i provjeri svaki dio posebno.

Što ne radimo na breadboardu

Trikovi

• Zajednička podloga: Arduino Uno i breadboard pričvrsti na istu dasku ili 3D-printani nosač. Kad netko povuče USB kabel, žice ostanu na mjestu.
• Oznake na linijama: komadić ljepljive trake s natpisom (+5 V, GND, 9 V) pokazuje koji napon je u kojoj liniji.
• Fotografija: kad sklop radi, fotografiraj ga. Ako se nešto izvuče ili ga moraš rastaviti, znaš kako je bio spojen.
• Plan na papiru: prije spajanja nacrtaj raspored na kockastom papiru, s brojevima redaka i slovima stupaca.
• LED-ica kao tester: LED-ica s otpornikom, spojena između retka i (–) linije, pokazuje ima li u tom retku napona. Pazi na smjer LED-ice. Na slici LED-ica svijetli, jer crvena žica dovodi plus u redak 2.
  
  

Primjer: od sheme do breadboarda

Složit ćemo LED-icu koja svijetli dok držimo tipkalo, s baterijom od 9 V.

Otpornik od 360 Ω (narančasto-plavo-smeđe) ograničava struju kroz LED-icu na oko 19 mA.

Kako ćemo spojiti?

1. Provjeri da je baterija odspojena.
2. Crvenom žicom spoji gornju (+) liniju s rupicom A3.
3. Otpornik stavi u rupice B3 i B7.
4. Tipkalo postavi preko srednjeg razmaka, s nožicama u E7, E9, F7 i F9.
5. Dužu nožicu LED-ice (anodu) stavi u C9, a kraću (katodu) u C10.
6. Crnom žicom spoji A10 s gornjom (–) linijom.
7. Usporedi spoj sa shemom: plus ⇒ otpornik ⇒ tipkalo ⇒ LED-ica ⇒ minus.
8. Spoji plus baterije na gornju (+) liniju, a minus na gornju (–) liniju. Pritisni tipkalo.

Zeleno su označeni retci koje sklop koristi, a plavo i crveno linije napajanja.

Ako LED-ica ne svijetli, prođi popis za provjeru.

Što smo naučili?

• Ispod rupica breadboarda su metalne trake: pet rupica u retku (A–E ili F–J) je spojeno, a srednji razmak dijeli redak na dvije nespojene polovice.
• Linije napajanja uz rub vode plus i minus duž ploče, ali na velikim breadboardima mogu biti prekinute na sredini.
• Dvije nožice iste komponente ne stavljamo u isti redak.
• Tipkala i čipove postavljamo preko srednjeg razmaka.
• Modul za napajanje daje 5 V ili 3,3 V za svaku stranu ploče. Prije uključivanja provjerimo smjer, kratkospojnike i napon, a s Arduinom na USB-u spajamo samo GND.
• Uredan sklop (boje žica, kratke žice, gradnja dio po dio) lakše je provjeriti i popraviti.
• Kad sklop ne radi, provjeravamo redom: napajanje isključeno, pogled na ploču, veze sa sheme, smjer komponenti, multimetar, žice.

Mali kviz

Razgovaraj na Discord-u. (pridruži se)