本节介绍了面包板的结构、功能以及寄生电容。
很多读者在初学模拟电路理论知识时,经常需要搭建电路,在设计最终的 PCB 时也需要搭建一些简单的电路进行验证。因此,不需要进行电路焊接的面包板就是最好的可用于构建模拟电路的平台,如图 1.21 所示。在面包板上有很多孔,通过集成电路元件 DIP 封装提供的金属引线以及直插式的电阻和电容等分立元件提供的金属引线,读者可以将这些元件插到面包板的孔中,并且通过在面包板上插入金属连接导线,就可以简单快速地构建一个模拟电路。面包板上的通用间距为 0.1 英寸(2.54 mm)。在面包板的正面和背面包含了用于分配电源的“轨”,如图1.21所示。
图1.21 面包板的正面和背面视图
在面包板的背面有很多条金属连接插槽,如图 1.21 所示,它们可以将面包板上中间部分每列的5个孔连接在一起,对于面包板上面和下面的电源分配系统是按水平方向连接在一起。
当使用面包板时,元件的引线插到面包板的孔中。在面包板的下面,将一些孔连接在一起构成一个节点。通过将不同元件的引线插入这个公共节点,就可以将它们连接在一起。在面包板上标记“+”和“-”的区域用于为模拟电路中的集成电路元件分配电源网络。面包板的一个典型应用,如图1.22所示。
图1.22 在面包板上构建模拟电路
下面的一些规则可以帮助读者高效率地在面包板上构建电路,
(1)总是使用面包板顶部和底部的总线轨为模拟电路分配电源。模拟电路中的集成电路和其他器件的供电来自电源轨,而不是直接来自于供电电源。
(2)在面包板上搭建模拟电路时,使用不同颜色的线连接所使用的元件,可以防止混淆。例如,用绿色的线作为地(0V),红色用于+V,黑色用于-V。
(3)将连线平铺在面包板上,这样面包板看上去不会显得乱七八糟。
(4)集成电路的连线应该在其周围,但不要跨越封装。这使得在构建模拟电路的过程中很容易更换集成电路芯片。
(5)将电阻、电容、晶体管和 LED 的引线剪短,使它们离面包板较近,不会产生一些不必要的麻烦。
当在面包板上构建实验电路时,会在相邻的两排连线之间人为地添加小的寄生电容,这是因为在这些间隔 0.1 英寸(2.54 mm)的孔只有塑料分割。由于每条连起来的插孔很长,且相邻的每条插孔是并排的,因此它们之间有很大的电容。切开面包板后的内部插孔结构,如图 1.23所示。
图1.23 切开面包板的内部插孔结构
很明显,在面包板上有很多这样的寄生电容,通过寄生电容,就会在面包板电路的输入和输出之间构成耦合路径。以一个标准的8脚DIP封装的单运放为例,同相和反相端在8脚DIP封装的第2和第3个引脚上。另一个例子,8脚DIP封装的标准双运放,运放的输出在第一个引脚,并且它的反相输入端在相邻的第2个引脚上。当把它插到面包板上时,在这两个引脚之间就会产生寄生电容,从而会影响电路的高频特性。
对面包板电路的频率研究模型,如图 1.24 所示。图中,使用面包板的三排引脚。排和排之间的电容为C row 。由于所有排基本相同,因此C row 的值相同。为了测量C row ,在一排中使用正弦信号激励,使用示波器测量耦合到其他列的信号。对于示波器的输入通道建模为1 MΩ的电阻R m ,以及位置电容C m 的并联。1 MΩ的电阻R m 只是估计值。连接AWG和示波器输入与面包板的连线会引入耦合电容C stray 。
电容C stray 和C row 的并联组合与示波器C m (R m )输入构成一个电容交流电压分压器。包含电阻R m 的电路有高通特性,总的电容C m +C row +C stray 设置3 dB拐点频率F 3dB 表示为:
图1.24 面包板原理模型
相对衰减G HF 可以表示为:
通过AWG1扫描频率,以及测量不同配置的F 3dB 和G HF ,就可以得到三个未知电容的值。