คุณเคยได้ยินเกี่ยวกับเบรดบอร์ดไหม? คุณอาจจะเคยได้ยิน แต่บางคนอาจยังไม่ค่อยรู้ว่าอุปกรณ์ชิ้นเล็กๆ นี้ทำอะไรได้บ้าง เรามาเริ่มต้นด้วยพื้นฐานเกี่ยวกับเบรดบอร์ดกันก่อนที่เราจะเริ่มทำโปรเจกต์ของเรา เบรดบอร์ดเป็นหนึ่งในส่วนประกอบพื้นฐานเมื่อคุณเริ่มเรียนรู้วิธีการสร้างวงจร เบรดบอร์ดเป็นแพลตฟอร์มยอดนิยมสำหรับการเริ่มต้นสร้างวงจรเพราะไม่จำเป็นต้องบัดกรี ทำให้คุณมีความยืดหยุ่นในการทดลอง ทดสอบ และปรับเปลี่ยนวงจรของคุณได้ตลอดเวลา เบรดบอร์ดช่วยให้คุณสร้างวงจร ทดสอบแนวคิด และสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็วก่อนที่จะสร้างแผงวงจรพิมพ์แบบถาวร เบรดบอร์ดมีราคาไม่แพงและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และหาซื้อได้ตามร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป

เบรดบอร์ด (Breadboard) คือฐานพลาสติกที่มีรูสำหรับสอดส่วนประกอบและสายไฟเพื่อสร้างวงจร คุณไม่สามารถมองเห็นด้านในของเบรดบอร์ดได้ แต่ภายในมีเพียงแถบโลหะที่เชื่อมต่อแถวและคอลัมน์เข้าด้วยกัน แถบโลหะเหล่านี้มีความยืดหยุ่น ดังนั้นเมื่อคุณสอดสายไฟหรือส่วนประกอบเข้าไปในรู คลิปหนีบจะยึดติดไว้

เบรดบอร์ดใช้สำหรับวงจรทั้งแบบง่ายและซับซ้อนที่สุด ในกรณีที่เบรดบอร์ดเพียงแผ่นเดียวไม่สามารถรองรับวงจรทั้งหมดได้ คุณสามารถนำเบรดบอร์ดหลายแผ่นมาต่อกันเพื่อสร้างฐานเบรดบอร์ดขนาดใหญ่ คุณสามารถใช้เบรดบอร์ดเพื่อทดสอบและทำความเข้าใจการทำงานของวงจรรวม (ไอซี) ได้

หากดูคำอธิบายในภาพด้านบน คุณจะเห็นวิธีการเชื่อมต่อรางภายในบอร์ด เมื่อดูจากสาย Vcc และ Gnd ในภาพด้านบน จะเห็นได้ว่าสายทั้งสองนี้วิ่งวนรอบขอบ ทำให้สามารถใช้สายเหล่านี้จ่ายไฟได้ แต่จะมีจุดไม่ต่อเนื่องระหว่างสาย Vcc และ Gnd ดังที่แสดงไว้ข้างต้น (เรียกว่า "ไม่ได้เชื่อมต่อ") คุณจำเป็นต้องเชื่อมต่อสายทั้งสองโดยใช้จัมเปอร์เพื่อจ่ายไฟ รูตรงกลางเชื่อมต่อกันเป็นเสาดังที่แสดงในภาพ และมีช่องว่างระหว่างเสาแต่ละต้น ทำให้สามารถใส่ไอซีเข้าไปในช่องว่างได้ เพื่อความชัดเจนยิ่งขึ้น เราได้เพิ่มภาพบอร์ดแบบแยกชิ้นส่วน โปรดดูแผนภาพถัดไปเพื่อทำความเข้าใจการเชื่อมต่อภายในให้ดียิ่งขึ้น

ภาพด้านบนคือบอร์ดปรู๊ฟรีดเดอร์ขนาดครึ่งหนึ่ง ดังนั้นอย่าสับสนหากเปรียบเทียบกับภาพก่อนหน้า หวังว่าทุกอย่างจะกระจ่างชัดจนถึงตอนนี้ และคุณเข้าใจบอร์ดปรู๊ฟรีดเดอร์เป็นอย่างดี ทีนี้มาดูวิธีเริ่มต้นสร้างวงจรพื้นฐานบนบอร์ดปรู๊ฟรีดเดอร์นี้กัน เราจะเริ่มต้นด้วยวงจร LED ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ทุกชนิด เราจะสร้างวงจรสำหรับ LED แสดงสถานะพลังงาน ซึ่งหมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่มีไฟฟ้าเข้าวงจร LED นี้จะแจ้งให้เราทราบ

หากดูภาพด้านบน จะเห็นว่าขา LED ระบุขั้วบวกและขั้วลบไว้ด้วย เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่างระหว่างขา Anode และ Cathode เราได้ให้คำใบ้ไว้ในภาพแล้ว มีเพียงรอยตัด (ซึ่งหมายความว่า LED ไม่ได้โค้งมนจากด้านล่าง) ซึ่งบ่งชี้ว่าขาด้านล่างคือขา Cathode (-ve) และหากดูขนาดของขาทั้งสอง ขา Anode (+ve) จะยาวกว่าเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ คุณจำเป็นต้องตัดขา LED ออกเมื่อใช้ LED ในวงจรใดๆ ดังนั้นขา Anode และ Cathode จึงไม่สามารถแยกแยะขนาดขาได้

ความสำคัญของขาแอโนดและแคโทดใน LED คือ LED จะสว่างขึ้นเฉพาะเมื่อคุณจ่าย ไฟบวกให้กับขาแอโนด และ ไฟลบให้กับขาแคโทด อย่างไรก็ตาม คุณไม่สามารถจ่ายไฟให้กับ LED ได้ทันที เนื่องจากอาจมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน LED มากขึ้น ซึ่งจะทำให้ LED เสียหายได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ เราขอแนะนำให้ใช้ตัวต้านทานร่วมกับ LED

วงจรจะคล้ายกับที่แสดงด้านบน อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องใช้ค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องในวงจรเพื่อจำกัดกระแส เราจะแนะนำคุณเกี่ยวกับการเลือกค่าตัวต้านทานที่ถูกต้องสำหรับแต่ละวงจร ในการทำเช่นนี้ คุณต้องเข้าใจพารามิเตอร์สำคัญสองประการของ LED ได้แก่ กระแส LED และ แรงดันไฟ LED ไปข้างหน้า โปรดดูรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนด้านล่าง :

กระแสไฟ LED:

เมื่อเริ่มจากบนลงล่าง สิ่งแรกที่เราเห็นคือตารางค่าสูงสุดที่แน่นอนนี้:

ดังนั้น แถวแรกของตารางจะบอกเราว่า LED ของคุณสามารถรองรับกระแสได้อย่างต่อเนื่องเท่าใด ในกรณีนี้ คุณสามารถกำหนดให้ 20mA หรือน้อยกว่า และจะสว่างที่สุดที่ 20mA แถวที่สองจะบอกเราว่ากระแสสูงสุดควรเป็นเท่าใดสำหรับพัลส์สั้น LED นี้สามารถรับมือกับพัลส์สั้นได้ถึง 30mA แต่คุณไม่ควรปล่อยให้กระแสนั้นทำงานนานเกินไป เอกสารข้อมูลยังแนะนำช่วงกระแสคงที่ (แถวที่สามจากด้านบน) ที่ 16-18mA ซึ่งเป็นตัวเลขเป้าหมายที่ดีในการช่วยคุณคำนวณตัวต้านทานดังที่เราได้กล่าวถึงไปแล้ว

บรรทัดถัดไปมีความสำคัญน้อยกว่าสำหรับวัตถุประสงค์ของคู่มือนี้ แรงดันย้อนกลับเป็นคุณสมบัติของไดโอดที่คุณไม่จำเป็นต้องกังวลในกรณีส่วนใหญ่ การสูญเสียพลังงานคือปริมาณพลังงานเป็นมิลลิวัตต์ที่ LED สามารถใช้ได้ก่อนที่จะล้มเหลว สิ่งนี้จะดูแลตัวเองตราบใดที่คุณรักษา LED ให้อยู่ในช่วงแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่แนะนำ

แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED

นี่คือตารางเล็กๆ ที่มีประโยชน์! แถวแรกจะบอกเรา ว่า แรงดันตกคร่อม LED จะเป็นเท่าใด แรงดันตกคร่อม LED เป็นคำที่ใช้กันทั่วไปเมื่อทำงานกับ LED ตัวเลขนี้จะช่วยให้คุณตัดสินใจได้ว่าวงจรของคุณต้องการแรงดันไฟฟ้าเท่าใดในการจ่ายให้กับ LED คุณต้องทำตามสูตรนี้ทุกครั้งที่สร้างวงจรที่มี LED ดังตัวอย่างด้านล่าง:

กฎของโอห์มระบุไว้โดยพื้นฐานว่า:

V = I x R หรือ R = V/I‍

ที่ไหน,

• V = แรงดันไฟฟ้าที่จ่าย
• I = กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน LED
• R = ความต้านทานของวงจร

ดังนั้น เมื่อนำกฎนี้ไปใช้กับวงจร LED จะได้สูตรดังนี้:

ที่ไหน,

• VS = แรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิด (โดยปกติคือแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่หรือแหล่งจ่ายไฟ)
• VF = แรงดันไฟตรงของ LED
• IF = กระแสที่ต้องการไหลผ่าน

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าในตัวอย่างนี้ คุณมีแบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์สำหรับจ่ายไฟให้ LED หาก LED ของคุณเป็นสีแดง แรงดันไปข้างหน้าอาจอยู่ที่ประมาณ 1.8 โวลต์ หากคุณต้องการจำกัดกระแสไว้ที่ 10 มิลลิแอมป์ (หรือ 0.010 แอมแปร์) แทนที่จะเป็น 20 มิลลิแอมป์ ให้ใช้ตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มีค่าประมาณ 720 โอห์ม

หากเราจะสร้างวงจรแสดงกำลังไฟสำหรับระบบ 5 โวลต์ การคำนวณความต้านทานของเราจะเป็นดังนี้ :

• R = (5-1,8)V ÷ 0,010A
• R = 3,2V ÷ 0,010 แอมแปร์
• R = 320 โวลต์/เอ
• R = 320 โอห์ม
• R = 330Ω โดยประมาณ (ค่าความต้านทานมาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุด )

ดังนั้น หากคุณสังเกตในวงจรที่แสดงด้านบน คุณจะเห็นว่าเราใช้ตัวต้านทาน 330Ω แต่เดี๋ยวก่อน คุณอาจสับสน เพราะตัวต้านทานที่แสดงด้านบนเป็น 330Ω อีกครั้ง คุณต้องดูสีของวงกลมบนพื้นผิวของตัวต้านทาน ดูภาพด้านล่างเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น:

‍

หากสังเกตจากภาพ จะเห็นว่าการคำนวณค่า 330Ω บันทึกไว้อย่างชัดเจน อ้างอิงสูตรที่แสดงในภาพ สูตรนี้จะช่วยคุณหาค่าความต้านทานของตัวต้านทาน เพียงแค่แทนค่า A, B, C และ D ลงในสูตรตามวงกลมสี

ในกรณีของเรา สีของตัวต้านทานคือสีส้ม ส้ม น้ำตาล เหลือง ตามลำดับ ดังนั้น หากเราแทนค่าสีที่สอดคล้องกันในสูตร คุณจะได้ 33 x 10 ซึ่งก็คือ 330 โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน 5% ค่าความคลาดเคลื่อนจะบอกคุณว่าตัวต้านทานนั้นดีแค่ไหน

ในกรณีนี้ 5% หมายความว่า: ค่าความต้านทานถูกจำกัดอยู่ในช่วงกว้าง [ 270 – (5% ของ 270) ]  และ [ 270 + (5% ของ 270) ] ซึ่งไม่ดี ยิ่งช่วงเล็กเท่าใด ตัวต้านทานก็จะยิ่งใกล้เคียงกับค่าความต้านทานที่ต้องการมากขึ้นเท่านั้น

มาเริ่มประกอบวงจรบนแผงทดลองกันเลย ดูภาพด้านล่างเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น:

ตอนนี้คุณจะเห็นวิธีที่เราใช้สายทดสอบที่ลัดวงจรภายในเพื่อเชื่อมต่อขาแอโนดของ LED เข้ากับตัวต้านทาน ในทำนองเดียวกัน เราใช้สายจัมเปอร์เพื่อเชื่อมต่อขาแคโทดของ LED และปลายอีกด้านหนึ่งของตัวต้านทาน ทีนี้ หากคุณจ่ายไฟให้กับวงจรที่แสดงด้านบน นั่นคือ สายสีแดงต่อไฟ 5V และสายสีดำต่อสายดิน คุณจะเห็น LED ของคุณติดสว่างอย่างปลอดภัย

หมายเหตุ: เราได้เชื่อมต่อ 5V และ GND จากบอร์ด Arduino ในภาพด้านล่างแล้ว คุณสามารถใช้ Raspberry Pi หรือบอร์ดอื่นๆ ที่มีเพื่อจ่ายไฟ 5V และ GND จากบอร์ดได้

ตอนนี้เราต้องการให้คุณสร้างวงจรของคุณเองโดยใช้ LED หลายตัวต่ออนุกรม แต่ก่อนที่เราจะทำเช่นนั้น เราต้องการชี้แจงพื้นฐานบางอย่างเกี่ยวกับการสร้างวงจรดังกล่าว เมื่อคุณได้อ่าน ส่วน แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED ข้างต้นแล้ว คุณได้เห็นตารางแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED แล้ว คุณต้องใช้ค่าดังกล่าวเพื่อหาจำนวน LED ที่คุณสามารถใช้ในวงจรของคุณ เมื่อใช้ LED หลายตัวต่ออนุกรม โปรดจำไว้เสมอว่าแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED ทั้งหมดของคุณรวมกันไม่สามารถเกินแรงดันไฟฟ้าระบบของคุณ เนื่องจากทุกส่วนประกอบในวงจรของคุณต้อง ใช้แรงดันไฟฟ้า ร่วมกัน และปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่แต่ละส่วนประกอบใช้ร่วมกันจะเท่ากับปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่เสมอ นี่เรียกว่า กฎแรงดันไฟฟ้าของ Kirchhoff ดังนั้นหากคุณมีแหล่งจ่ายไฟ 9V และ LED แต่ละดวงของคุณมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าตกที่ 2.4V คุณไม่สามารถจ่ายไฟให้กับพวกมันได้มากกว่าสามตัวในคราวเดียว

กฎของเคอร์ชอฟฟ์ยังมีประโยชน์เมื่อคุณต้องการประมาณค่าแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมอุปกรณ์หนึ่งๆ โดยอ้างอิงจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมของอุปกรณ์อื่นๆ ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ มีแหล่งจ่ายไฟ 9V และ LED 3 ดวงที่มีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม 2.4V ต่อดวง แน่นอนว่าเราคงต้องการเพิ่มตัวต้านทานจำกัดกระแส ใช่ไหม? เราจะหาแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานนั้นได้อย่างไร? ง่ายมาก :

• 9 (แรงดันไฟระบบ) = 2.4 (LED 1) + 2.4 (LED 2) + 2.4 (LED 3) + ตัวต้านทาน
• 9 = 7.2 + ความต้านทาน
• ความต้านทาน = 9 – 7.2
• ความต้านทาน = 1.8

ดังนั้นจึงมีแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน 1.8 โวลต์! นี่เป็นตัวอย่างง่ายๆ ที่ไม่ง่ายเสมอไป แต่หวังว่านี่จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าทำไม แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้า จึงสำคัญ การใช้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้จากกฎของเคอร์ชอฟฟ์ คุณยังสามารถทำสิ่งต่างๆ เช่น การหากระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์โดยใช้กฎของโอห์ม กล่าวโดยสรุปคือ คุณต้องการให้แรงดันไฟฟ้าของระบบเท่ากับแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าที่คาดไว้ของอุปกรณ์วงจรรวม