Breadboard cơ bản cho người mới bắt đầu

Bài viết được dịch từ trang web Instructables

Mục đích của bài viết này không phải là để cung cấp cho bạn một hướng dẫn đầy đủ về breadboard (bo mạch khung) nhưng sẽ cho thấy những điều cơ bản, tôi sẽ chỉ sử dụng một số dây dẫn chính và một số điện trở để phác thảo cách một breadboard hoạt động.

Lưu ý: một breadboard là một bảng mạch tạm thời để thử nghiệm và tạo mẫu mạch, việc hàn không được thực hiện trên bảng mạch này, điều này có nghĩa là nó có tính thao tác lắp ráp nhanh hơn và dễ dàng hơn so với các mạch nguyên mẫu.

Bước 1: Các phụ kiện

Đối với bài hướng dẫn này, bạn sẽ cần:

• Một bộ dây dẫn
• Một bộ pin 4AA (hoặc AAA).
• Một breadboard mua sẵn.
• Dây nhảy dùng cho breadboard 
• Một vài điện trở 100 ohm (hoặc bất kỳ giá trị nào, nhưng bạn sẽ cần phải thay đổi cách bố trí của bạn để có được những kết quả tương tự)
• và cuối cùng là một đồng hồ vạn năng (để đo điện áp, trở kháng, dòng điện v.v...)

Bước 2:  Breadboard

Như bạn có thể nhìn thấy từ hình ảnh trên, một breadboard có rất nhiều lỗ, điều này ban đầu có vẻ khó hiểu nhưng nó thực sự rất thiết thực. Hai hàng lỗ ở 2 đầu là dùng để dẫn nguồn cung cấp: một hàng cho dương nguồn +Vcc (màu đỏ), một cho âm nguồn GND (màu đen).
Như bạn có thể thấy tôi kết nối trong hình ảnh dưới đây (trong bước 3) để cung cấp cho bạn một ý tưởng về cách mạch được hoàn thành.

Các dải điện nguồn theo +Vcc và Gnd được kết nối riêng với nhau đi ngang theo 5 lỗ, và ở khu vực chính giữa bảng mạch nơi các linh kiện sẽ được lắp ráp cũng được kết nối thành dải 5 lỗ theo chiều dọc.

Một mạch điện sẽ được hoàn thành khi tất cả các dải mong muốn tạo nên một vòng lặp và tất cả được kết nối một cách tuần tự.

Trong minh họa ở hình trên, khi cấp nguồn cho các linh kiện, ta sẽ cấp nguồn theo cột hàng dọc. Dùng dây nhảy ghim lần lượt vào 2 đường nguồn chính bên trên theo +Vcc (màu đỏ) và GND (màu đen) cấp nguồn cho 2 cột hàng dọc (5 lỗ) gióng thẳng xuống phía dưới. Điều này sẽ làm thành 1 mạch khép kín cho phép dòng điện từ một phía này của nguồn chạy tới phía bên kia thông qua các vật dẫn.

Các đường màu xanh lá cây trong hình ảnh ở trên là một mạch để mắc nối tiếp các linh kiện với nhau theo kiểu chung chân thì khác phân cực (chân âm của linh kiện này nối tới chân dương của linh kiện khác.) Chúng có hình thức là một chuỗi riêng của các linh kiện được mắc nối tiếp với nhau.

Một mạch song song sẽ là các linh kiện được gắn chung chân cùng phân cực (chân âm nối chân âm và chân dương nối chân dương). Như vậy, hai cột là cần thiết để chứa bất kỳ thành phần nào với hai chân song song, các thành phần này sẽ chia sẻ cùng các cột nhưng phải đặt trong các lỗ riêng biệt. 

Bước 3: Bố trí dây dẫn

Theo hình ảnh trên bạn sẽ thấy cách bố trí của hầu hết breadboard, trong hàng ngang để kết nối nguồn và cột dọc cho các linh kiện.

Bước 4: Trang bị nguồn cung cấp và các dây nhảy

Bây giờ là lúc để bắt đầu đặt mọi thứ vào breadboard. Điều đầu tiên cần gắn vào là nguồn cung cấp, đơn giản gắn cực âm vào một lỗ và cực dương vào lỗ khác. Sau đó, đặt các dây nhảy trên bảng để làm cầu nối giữa các hàng (nguồn) và linh kiện (cột).

Bước 5: Các điện trở

Đối với mục đích của bài viết này, tôi sẽ chỉ kết nối một dây dẫn đến một nguồn 6V và sử dụng điện trở để bảo vệ đèn LED. Có một số điện trở 100ohm sẽ là hoàn hảo cho dự án này.

Đối với các điện trở mắc nối tiếp thì giá trị của tổng trở là tổng của các giá trị thành viên, có nghĩa là 2 điện trở 100 ohm mắc nối tiếp sẽ cung cấp cho một trở kháng 200 ohm, tuy nhiên đối với các điện trở mắc song song thì lại khác.

Việc mắc song song sẽ làm giá trị của điện trở giảm hơn. Nếu sử dụng các điện trở có giá trị như nhau thì phương trình rất đơn giản.

Tổng trở = giá trị của một điện trở / số điện trở được mắc

Ví dụ 5x100ohm mắc song song = 100 / 5 = 20 ohms (tổng kháng).

Tôi có các điện trở có giá trị lần lượt là 10ohm, 100ohm và 30ohm mắc song song.

Công thức tính: 1 / rt = 1 / r1 + 1 / r2 + 1 / r3 v.v...

với rt là tổng trở còn r1 và r2, v.v... là các điện trở, ta có:

1/10 + 1/100 + 1/30 = 1 / rt

0,1433 = 1/rt  tương đương   1/0,1433 = rt

rt = 7 ohms (làm tròn)

Vậy bây giờ chúng ta biết những điều cơ bản của điện trở trong mạch.

Bước 6: Đèn LED và các điện trở cần thiết để bảo vệ nó

Đèn Led tôi đang sử dụng là một Led màu xanh dương. LED này chạy ở điện áp 3.3v và dòng 20mA (milli amps).

Bộ nguồn tôi đang sử dụng là Pin 4AA, với mỗi pin tép 1.5V cung cấp cho tổng cộng 6v. Tuy nhiên tôi không muốn đèn LED được cấp toàn bộ 6V vì sẽ làm nó bị nóng lên. Tôi thậm chí không cần độ sáng đầy đủ để cho các mục đích của bài viết này, vì vậy tôi sẽ cho LED hoạt động ở 3V, 20mA.

Vậy nên làm thế nào để chúng ta có được 3V và 20mA từ một nguồn 6V. Rất đơn giản, bằng cách sử dụng điện trở. 

Thông số điện áp của linh kiện (3V) và dòng điện bạn muốn chạy qua linh kiện (20mA).

Phương trình rất đơn giản:  Điện áp = Dòng điện x trở kháng (hoặc v = ir)

Trở kháng = điện áp / dòng điện (hoặc R = V / I)

Tuy nhiên giá trị của điện áp v trong trường hợp này là điện áp chúng ta cần phải giảm từ điện áp cung cấp để có được 3V.

Nên v = Vsupply - Vled = 6 - 3 = 3 volt

và chúng ta biết dòng điện cần phải được 20mA để phương trình cuối cùng là như sau.

R = 3 / 0.02 

R = 150 ohms

bây giờ chúng ta biết các trở kháng cần thiết để cho phép dòng di chuyển trong mạch.

Bước 7: Các điện trở song song

Chúng ta cần 150 ohms trở kháng nhưng lại chỉ có các điện trở 100ohm. Bây giờ là lúc ứng dụng lợi ích của mạch mắc song song.

Để có được 50ohms chúng ta có thể sử dụng 2 điện trở 100ohms mắc song song.

100/2 = 50

Như vậy ta mắc nối tiếp: 100 (điện trở có sẵn) + 50 (2x100 song song) = 150 ohms tổng kháng!

Các hình ảnh ở trên cho thấy hai điện trở 100 ohm mắc song song. Ta có thể thấy chúng đang chia sẻ một cột với cực chung dương hoặc âm. (mặc dù vấn đề phân cực là không quan trọng với điện trở).

Bây giờ ta thêm điện trở mắc nối tiếp với cặp điện trở vừa mắc song song ở trên, đơn giản ta chỉ gắn một chân của điện trở này vào cột chung bên trái của 2 điện trở mắc song song, và chân kia vào lỗ bên cạnh nó (để chuẩn bị kết nối với đèn LED). (Xem hình thứ 2 ở trên).

Bước 8: Gắn thêm đèn Led vào mạch

Như bạn có thể nhận thấy từ bước 5 một đèn LED có một chân ngắn và một chân dài. Chân ngắn sẽ được kết nối về hướng âm nguồn (GND) còn chân dài kết nối đến phía dương nguồn (Vcc). Sở dĩ phải phân cực như vậy là bởi vì một đèn LED cho phép các điện tử lưu thông dễ dàng từ cực âm (cathode) tới cực dương (anode) nhưng không cho theo chiều ngược lại, do đó, nếu LED của bạn không sáng, việc đầu tiên là luôn luôn kiểm tra các cực của nó.

Bây giờ tất cả những gì bạn cần làm là đặt chân ngắn vào cùng một cột chung với chân bên trái của điện trở vừa được mắc nối tiếp, và chân kia vào cột có dây nhảy kết nối với + Vcc. Lúc này bạn sẽ thấy đèn LED sáng lên.

Bước 9: Kiểm tra điện áp qua LED

Sử dụng đồng hồ vạn năng, chúng ta kiểm tra điện áp qua LED để đảm bảo mạch đang hoạt động một cách chính xác và chúng ta không thực hiện bất kỳ sai sót nào khi tính toán trở kháng.

Chú ý quan trọng!: Một vôn kế có điện trở vô hạn (về cơ bản nó phá vỡ một mạch) vì vậy nó luôn được sử dụng song song!

Vì vậy để đo điện áp chỉ cần bật đồng hồ vạn năng thiết lập một điện áp phù hợp và chạm que đen vào chân ngắn của LED (chân này được nối tới âm nguồn) và chạm que đỏ đến chân còn lại của LED (nếu bạn đặt chúng theo chiều ngược lại bạn sẽ nhận được một điện áp âm).

Kết quả đo được 3.05volts, tôi muốn nói rằng đây là kết quả chấp nhận được bởi vì điện trở có dung sai 5% (+ hoặc - 0,15)

Bước 10: Kiểm tra dòng diện

Bây giờ chúng ta đặt đồng hồ vạn năng để đo dòng điện (đối với đồng hồ của tôi, tôi đã phải thay đổi vị trí của đầu màu đỏ vào lỗ 10A).

Không giống như vôn kế, ampe kế chạy trong cách mắc nối tiếp, nơi có dòng điện không thay đổi khi chạy qua mạch, do đó việc mắc thêm đồng hồ nối tiếp vào mạch cũng không gây ảnh hưởng gì nghiêm trọng, ampe kế sẽ cung cấp giá trị dòng điện chung chạy trong mạch.

Để đo dòng điện, chỉ đơn giản rút chân dương của LED ra khỏi lỗ (đèn LED tạm thời bị tắt). Sau đó đặt que đo màu đen của đồng hồ đo vào chân dương của LED, còn que đo màu đỏ thì đặt vào dây nhảy mà đang được nối với dương nguồn, như vậy là ta đã tạo thành một mạch kín, do đó đèn Led sáng trở lại. Lúc này ampe kế chỉ 20 milliamps, chính xác với tính toán trước đó.

Qua mạch điện đơn giản ở trên, bạn đã biết cách làm thế nào để sử dụng một breadboard cũng như cách bố trí đường nguồn cung cấp Vcc, cách bố trí các linh kiện theo hàng dọc và hàng ngang để mắc song song hoặc nối tiếp các linh kiện…, từ đây bạn sẽ tiếp tục bố trí tương tự cho các mạch điện phức tạp hơn.