מוליכים ומטריצה
האם ידעתם שאין צורך במלחם כדי לבנות מעגלים חשמלים? האם ידעתם שניתן
לבנות מעגל חשמלי בתוך מספר דקות בלבד?
המהנדסים הטובים ביותר באלקטרוניקה הם אלו שהתחילו את תחילת דרכם
בבניית מעגלים רבים כדי להבין ולתחקר כיצד הם עובדים. הם עברו דרך שלב אחד חשוב
ופשוט – בניית מעגלים עם מטריצה.
בעזרת בניית מעגלים על מטריצה תוכלו להנות, להבין ולהשתלב מהר מאוד
בתחביב האלקטרוניקה. מהנדסים רבים גם אחרי שנות ניסיון רבות משתמשים עדיין במטריצה
כדי לנסות ולבחון רכיבים ומעגלים חשמלים בתחביב שאינו מפסיק לחדש ולהתפתח.
היום נלמד מהי מטריצה לבניית מעגלים ומהם מוליכים חשמלים. בעזרת
המטריצה תבנו בקרוב מאוד את המעגלים החשמליים של אתגר 555.
מטריצה לניסויים במעגלים אלקטרוניםמטריצה (נקראת באנגלית Bread board) היא כלי המשמש לבדיקת מעגל חשמלי ללא צורך להלחים את הרכיבים. המטריצה
חוסכת הרבה מאמץ בבניית המעגל החשמלי ומאפשרת לעשות שינויים מהירים במעגל. המטריצה
מורכבת ממספר רב של פסי מתכת מוליכים המאפשרים הכנסה ושליפה של חוטים (מוליכים)
כאשר כל פס מתכת הוא צומת במעגל החשמלי בכך שהוא מאפשר חיבור של מספר חוטים אליו.
ניתן לחבר חוטים ורכיבי Through hole
(רכיבים הכולל הדקים העוברים דרך המעגל המודפס מצד לצד) למטריצה
ולהסיר אותם ללא כל נזק לרכיב. בתמונה הבאה ניתן לראות את החלק התחתון של המטריצה,
ניתן לראות את פסי המתכת הרבים (אנכים) ועוד שני פסים ארוכים בחלק העליון והתחתון.
בתמונה הבאה סומנו שני הפסים האופקיים העליונים, שני הפסים האופקיים התחתונים ושני פסי מתכת בצד שמאל:
בתמונה הבאה ניתן לראות את החלק העליון של המטריצה בו מכניסים את החוטים (מוליכים) והרכיבים. כל פס מתכת אנכי מהווה צומת של 5 חוטים (או הדקי רכיבים). הפסים העליונים והתחתונים משמשים בדרך כלל להעברת מתח והאדמה מהסוללה או מקור המתח בו משתמשים.
בתמונה הבאה ניתן לראות רכיב וחוט במטריצה. ההדק השמאלי העליון של הרכיב מחובר לחוט מכיוון ששניהם נמצאים על אותה עמודה אנכית (מסומנת בצהוב). ההדק הימני התחתון של הרכיב גם הוא מחובר אך לקצה השני של החוט. לכן החוט מחבר בין ההדק השמאלי העליון להדק הימני התחתון של הרכיב:
כך נראה מעגל עם מספר רב של רכיבים המורכב בעזרת מטריצה.
הפסים הארוכים (האופקיים) למעלה ולמטה משמשים לחיבור הזנת מתח ראשי (והארקה) למעגל. המרווח באמצע המטריצה מתוכנן למידות של רכיבים מוכללים (IC Integrated circuits) מסוג Through hole בעלי מרחק בין הדקים (Pitch) של 2.54mm (זה המרחק בין החורים במטריצה).
בתמונה הבאה ניתן לראות פס מתכת אנכי שהוסר מהמטריצה. לפס המתכת יש 5 הדקים קפיצים אליהם ניתן להכניס את החוט כפי שניתן לראות בתמונה הבאה (התמונה משמשת להמחשה בלבד, אל תפרקו את המטריצה שלכם):
כדי לחבר חוט למטריצה יש לחשוף מספר מילימטרים מהבידוד שבקצה החוט וכך ניתן להכניס את החוט למטריצה כך שינעץ בין השיניים של פס המתכת למגע מיטבי:
בכל מטריצה ישנם 4 פסים ארוכים המשמשים לחיבור למקור המתח (סוללה במקרה של אתגר 555). בחלק העליון של המטריצה ישנם שני פסים (אדום וכחול) וגם בחלק התחתון של המטריצה ישנם שני פסים (אדום וכחול). הפס האדום משמש בדרך כלל לחיבור להדק החיובי של הסוללה והפס הכחול לחיבור להדק השלילי של הסוללה. בתוך המטריצה אין שוני בין פס אדום לפס כחול. הסימון בצבעים הוא רק סימן מוסכם.
כך נראית מטריצה בעלת 4 פסי הולכת מתח (שימו לב לסימון + לפס האדום ולסימון – לפס הכחול):
בחלק מהמטריצות הנמכרות על ידי היצרנים, תראו שכל אחד מארבעת הפסים מחולק לשניים עם הפסקה באמצע, כלומר, חלוקה של כל פס לשני פסים שאינם מחוברים אחר לשני כפי שניתן לראות בתמונה הבאה (שימו לב להפסקה סביב עמוד מספר 30):
בעזרת מטריצה כזאת ניתן לחבר למשל שתי סוללות לשימושים שונים בחלק העליון של המטריצה כך שהפס האדום העליון השמאלי ישמש לסוללה אחת והפס האדום העליון הימני ישמש לסוללה שניה כדי להזין מתח לרכיבים אחרים (כך גם הפסים הכחולים).
חשוב לדעת – אם תרצו להשתמש במטריצה כמו בתמונה האחרונה בה הפסים מחולקים ל 2, אבל שכל שני פסים ישמשו כפס מתחים אחד, תוכלו לחבר חוט בין קצוות כל פס מתחים וכך לקבל פס מתחים אחד כמו בתמונה הבאה .המטריצה העליונה עם פס הולכת מתח רצוף לכל האורך. המטריצה התחתונה עם פס הולכת מתח חצוי לשניים אך עם חוטים מגשרים היוצרים רצף בין שני פסי המתח (כל אחד מהארבעה בנפרד):
חוט טלפון חד-גידי מבודדזהו חוט
המשמש לתשתית הטלפון ממרכזית הטלפון עד נקודת הטלפון בבית. חוט זה הוא חד-גידי
(גיד בודד) קשיח יחסית כך שהוא יכול לשמש לבניית מעגלים על מטריצה.
חוט רב גידי
בניגוד
לחוט חד-גידי, חוט רב גידי עשוי ממספר רב של מוליכים דקים צמודים אחד לשני אשר
ביחד מהווים מוליך אחד. המטרה בחוט רב גידי היא לתת גמישות. לדוגמה חוט המשמש
לאוזניות הוא חוט רב גידי כדי לאפשר גמישות. חוט זה אינו משמש לבניית מעגלים עם
מטריצה.
חוט Dupont (דופונט)
זהו חוט
רב גידי מבודד שבשני הקצוות שלו מחוברים פינים (הדקים) קשיחים. זהו בעצם מוצר שלם
הניתן לרכישה בחנויות, באליאקספרס, אמאזון ואתרי חובבי אלקטרוניקה. מוצר זה משמש
לחובבי אלקטרוניקה לבניית מעגלים על מטריצה, שימוש בארדואינו ועוד מגוון כרטיסים
לחובבי אלקטרוניקה. להלן תמונה של קצה חוט דופונט (הדק זכר והדק נקבה). חפשו
במנועי החיפוש "Dupont wire" או "חוט דופונט":
באתגר 555 נשתמש בחוטים חד-גידים לבניית המעגלים על מטריצה
.
תוכלו לבחור בין שתי אפשרויות על פי הנוחות שלכם:
1.
לרכוש כבל טלפון הכולל חוטים חד-גידים (ניתן לרכישה בהום סנטר בעלות
של שקלים בודדים לאורך 1 מטר(
2.
לרכוש קיט של חוטים חתוכים ומגולפים בקצה, מוכנים לבניית מעגלים על
מטריצה (ניתן לרכישה ב Aliexpress
תמורת שקלים בודדים)
כבל טלפון עם חוטים חד-גידים
כך נראה כבל (Cable) טלפון הכולל 2 זוגות של חוטים חד-גידים:
כך נראים ארבעת החוטים בתוך הכבל:
תזכורת: השימוש במושג כבל (Cable) – כאשר ישנם מספר חוטים כקבוצה אחת הם נקראים כבל. לכן בכבל
טלפון ישנם חוטי טלפון.
כדי שנוכל להשתמש בחוטים החד-גידים הנמצאים בכבל טלפון, נצטרך תחילה
להסיר את הבידוד הלבן המגן על ארבעת החוטים. ניתן להסיר את הבידוד בעזרת כלי מסיר
בידוד או בעזרת קטר. בקרוב תעשו זאת בעצמכם.
חיתוך החוטים לפי האורך הרצוי לבניית המעגל על המטריצה
אם נרצה לחבר בין שני ההדקים המסומנים בצהוב על הרכיב בתמונה הבאה:
נרצה לחבר חוט באופן הבא (חוט המחבר
בין עמודת חורים של כל אחד מההדקים המסומנים בצהוב):
נכופף את החוט באופן שבו נרצה להכניס
אותו למטריצה:
נכניס את קצוות החוט למטריצה במקומות הנכונים:
לחלופין, תוכלו לרכוש קיט של חוטים
מוכנים שהבידוד שלהם הוסר בקצוות כדי להימנע מחיתוך והסרת הבידוד בעצמכם.
כך נראה קיט עם חוטים הניתן לרכישה ב Aliexpress:
ההמלצה שלנו היא לרכוש את שתי האפשרויות בגלל העלות
הזניחה. הרי המטרה שלכם באתגר 555 היא להתנסות וללמוד. כבל טלפון חד-גידי (עם
ארבעה חוטים) עולה כ 3 ₪, קיט חוטים מוכנים ב Aliexpress עולה פחות מ 10 ₪.
אם כבר רכשתם מטריצה, חוטים וקטר, תוכלו להתאמן בחיתוך חוטים ,הסרת
בידוד והכנסת חוטים למטריצה.