Met een breadboard bouwt u een elektronische schakeling zonder te solderen: u steekt componenten in gaatjes, verbindt ze met draadjes en past de schakeling aan door een onderdeel te verplaatsen. Daardoor is het breadboard het standaardhulpmiddel om te leren hoe een schakeling werkt. In dit artikel leest u hoe een breadboard is opgebouwd, hoe u er componenten op aansluit, wat het verschil is tussen een serieschakeling en een parallelschakeling en hoe u met de wet van Ohm spanning, stroomsterkte en weerstand berekent.
De uitleg past bij het natuurkunde- en NaSk-onderwijs en bij iedereen die zelf met elektronica wil beginnen. Voor de berekeningen kunt u de natuur- en wiskundeformules gebruiken, voor lesmateriaal de kennisbank met practica, en om zelf mee te bouwen de analoge breadboard kit.
Een breadboard is een bord met gaatjes waarin u componenten en draden steekt om een schakeling te bouwen zonder te solderen. Onder de gaatjes zitten metalen strips die bepaalde gaatjes met elkaar verbinden, zodat een steekverbinding ook een elektrische verbinding is. U kunt een schakeling bouwen, testen en weer uit elkaar halen, en de onderdelen opnieuw gebruiken.
Een breadboard verbindt componenten elektrisch zonder soldeer. U plaatst bijvoorbeeld een weerstand en een LED in gaatjes die via een strip met elkaar verbonden zijn en sluit een batterij aan met draadjes. Zo test u of een schakeling doet wat u verwacht, voordat u iets permanent maakt. In het onderwijs laat het breadboard leerlingen zien hoe een schakelschema er in werkelijkheid uitziet.
Een protobord is een andere naam voor een breadboard: een bord om een schakeling als prototype te bouwen, dat wil zeggen als eerste werkende versie. De werking is hetzelfde. In elk gaatje zit een klemveertje dat een draad of de aansluitpoot van een component vasthoudt en verbindt met de andere gaatjes in dezelfde strip.
Volgens de gangbare verklaring komt de naam uit de beginjaren van de radio. Amateurs bouwden hun eerste schakelingen op een houten broodplank, waarop ze onderdelen vastspijkerden of vastschroefden. De naam bleef hangen toen die plank werd vervangen door het steekbord met gaatjes dat u nu kent.
Breadboard-prototyping is het bouwen van een eerste werkende versie van een schakeling op een breadboard. U controleert de werking, meet spanningen en stromen en past onderdelen aan. Pas als de schakeling doet wat de bedoeling is, bouwt u hem permanent, bijvoorbeeld op een printplaat. In het onderwijs is het breadboard zelf vaak het eindpunt: het gaat om het begrijpen van de schakeling.
Een breadboard bestaat uit een kunststof bord met een raster van gaatjes en daaronder metalen contactstrips. Welke gaatjes met elkaar verbonden zijn, hangt af van het type breadboard. Bij de breadboards in onze analoge breadboard kit zijn de vijf gaten van één kolom elektrisch met elkaar verbonden.
Een breadboard is ingedeeld in kolommen waarvan de gaten onderling verbonden zijn, bij onze kit vijf gaten per kolom. Gaten in verschillende kolommen zijn niet met elkaar verbonden: die koppelt u zelf met een component of een draadje. Grotere breadboards hebben daarnaast vaak een middengleuf voor IC's en aparte voedingsstrips langs de rand. De breadboards in de kit hebben 5, 7, 9 of 11+11 kolommen; de dubbele variant met 11+11 kolommen heeft twee gelijke vlakken naast elkaar.
De gaten heten contactpunten (Engels: tie points). De groepjes verbonden contactpunten heten in het Engels terminal strips en de lange strips voor de voeding power rails of bus strips. In de praktijk spreekt men meestal gewoon over gaatjes, kolommen en rijen.
Dat verschilt per type. Een volledig breadboard heeft meestal ongeveer 830 contactpunten, een half breadboard ongeveer 400 en een mini breadboard enkele tientallen tot ongeveer 170. De breadboards in onze kit zijn klein en worden samen op een basisplaat gemonteerd; per kolom zijn vijf gaten met elkaar verbonden.
Bij breadboards met voedingsstrips staan langs de rand een rode lijn met een plus en een blauwe of zwarte lijn met een min. Op die strips sluit u de pluspool en de minpool van de voeding aan, zodat u overal op het bord bij de spanning kunt. Bij sommige grote breadboards is zo'n strip in het midden onderbroken; in dat geval moet u de twee helften zelf met een draad koppelen.
Ja. Het onderscheid zit vooral in de grootte (volledig, half, mini) en in de uitvoering: met of zonder plakstrip, met of zonder voedingsstrips, los of op een basisplaat gemonteerd. Een solderless breadboard, waarop u niet soldeert, is de gangbare vorm. Daarnaast bestaan er soldeerbare experimenteerprints, waarop u componenten wel vastsoldeert. In de analoge breadboard kit zitten breadboards van verschillende grootte (5, 7, 9 en 11+11 kolommen) die via koppelingscilinders op een basisplaat worden gemonteerd.
Een mini breadboard is een klein breadboard met weinig contactpunten, geschikt voor een eenvoudige schakeling, bijvoorbeeld een LED met voorschakelweerstand. De werking is hetzelfde als bij een groot bord. Ook het aansluiten gaat op dezelfde manier: u steekt de componenten in de gaatjes en verbindt de voeding met draadjes. Bij de kit gaat dat via de 9V-batterijhouder met schakelaar.
Nee. Een PCB (printed circuit board, printplaat) is een permanente schakeling: de koperbanen liggen vast en de componenten zijn vastgesoldeerd. Een breadboard is tijdelijk: de verbindingen maakt u zelf met draadjes en de onderdelen haalt u er zo weer uit. U gebruikt een breadboard om een schakeling te ontwerpen en te testen; een PCB is het eindproduct.
Een breadboard is bedoeld voor tijdelijke schakelingen met een lage spanning en kleine stromen. De belangrijkste beperkingen zijn:
Het aansluiten gaat in drie stappen: kies de gaatjes aan de hand van het schema, steek de pootjes of draden recht in de gaatjes en controleer de verbindingen voordat u de voeding aanzet. Schakel de voeding uit voordat u iets in de schakeling verandert.
Gebruik massieve draad, dus geen gevlochten draad, met een doorsnede van ongeveer 0,6 mm (AWG 22). Gevlochten draad rafelt en blijft slecht in de klemveertjes zitten. Draadjes met een metalen pin aan de uiteinden, zoals de set pindraden in de analoge breadboard kit, steekt u het gemakkelijkst in het bord.
Een weerstand heeft twee pootjes en geen polariteit: de richting maakt niet uit. Buig de pootjes zo nodig haaks en steek elk pootje in een gat van een andere kolom. Zitten beide pootjes in dezelfde kolom, dan zijn ze via de strip met elkaar verbonden en sluit u de weerstand kort. De waarde leest u af aan de kleurringen of meet u met een multimeter.
Een transistor heeft drie aansluitingen: emitter, basis en collector. Steek elk pootje in een eigen kolom, zodat de drie aansluitingen niet met elkaar in contact komen. De volgorde van de pootjes verschilt per type en behuizing, dus controleer die in de datasheet. Bij de 2N3904 in een TO-92-behuizing zijn de pootjes, gezien vanaf de platte kant, van links naar rechts emitter, basis en collector. Bij een verkeerde aansluiting werkt de schakeling niet en kan de transistor beschadigen. De kit bevat drie transistors van dit type (NPN).
Sluit de batterij aan via een batterijhouder met draden. Verbind de pluspool, meestal de rode draad, met de plusstrip of de kolom waar het plus-uiteinde van de schakeling zit, en de minpool, meestal de zwarte draad, met de min-kant. Zet de schakelaar van de houder uit tijdens het bouwen. Let op de polariteit: een omgekeerd aangesloten batterij kan LED's, elektrolytische condensatoren en transistors beschadigen.
Een schakeling op een batterij heeft geen aarde nodig: u werkt met een pluspool en een minpool. Wat in schema's ‘aarde’ of ‘ground’ (GND) heet, is het referentiepunt van 0 volt, en dat is meestal de minpool van de voeding. Sluit alles wat op 0 V moet staan dus aan op dezelfde minstrip of dezelfde kolom.
In een serieschakeling staan de componenten achter elkaar: er is maar één weg voor de stroom. In een parallelschakeling staan ze naast elkaar: de stroom splitst bij een knooppunt en komt daarna weer samen.
Bij een serieschakeling is de stroomsterkte overal gelijk en verdeelt de spanning zich over de componenten. Bij een parallelschakeling staat over elke tak dezelfde spanning en verdeelt de stroom zich over de takken. Valt in een serieschakeling één lampje uit, dan gaan alle lampjes uit; bij een parallelschakeling blijven de andere lampjes branden.
De regels volgen uit twee uitgangspunten: wat een knooppunt in stroomt, stroomt er ook weer uit, en de spanningen over de componenten in een lus tellen op tot de spanning van de bron.
In een serieschakeling is er één stroompad, dus loopt er door elk component dezelfde stroom. De stroomsterkte volgt uit de bronspanning en de totale weerstand: I = U / (R1 + R2 + …). Een voorbeeld: een weerstand van 1 kΩ en een van 3,3 kΩ in serie op 9 V geven samen 4,3 kΩ. De stroom is dan 9 V / 4300 Ω ≈ 2,1 mA, door beide weerstanden. De spanning verdeelt zich: ongeveer 2,1 V over de 1 kΩ en ongeveer 6,9 V over de 3,3 kΩ.
Over elke tak staat dezelfde spanning, dus de stroom per tak berekent u met de wet van Ohm: I1 = U / R1 en I2 = U / R2. De totale stroom is de som van de takstromen: I = I1 + I2. Een voorbeeld: een weerstand van 1 kΩ en een van 3,3 kΩ parallel op 9 V. Door de 1 kΩ loopt 9 mA, door de 3,3 kΩ ongeveer 2,7 mA, samen ongeveer 11,7 mA.
Ja. De stroom die de bron levert is gelijk aan de som van de stromen door de takken: I = I1 + I2 + …. Dit is de knooppuntregel: wat samen een knooppunt in stroomt, stroomt er ook samen weer uit.
Nee, dat doet u alleen bij een serieschakeling. Bij een parallelschakeling is de totale weerstand altijd kleiner dan de kleinste weerstand, omdat de stroom extra wegen heeft. De formule is 1/R = 1/R1 + 1/R2 + …. Voor twee weerstanden is dat R = (R1 × R2) / (R1 + R2). Een voorbeeld: 1 kΩ en 3,3 kΩ parallel geven (1000 × 3300) / 4300 ≈ 767 Ω.
In serie. Een ampèremeter, of een multimeter in de stand voor stroom, laat de stroom door zichzelf lopen. U opent dus de schakeling en plaatst de meter in het stroompad. Spanning meet u juist parallel aan het component. Een stroommeter heeft een zeer kleine weerstand: sluit u hem parallel aan een component of aan de bron, dan ontstaat kortsluiting. Controleer daarom altijd de meetstand en de aansluiting van de meetsnoeren. Labvakhandel levert onder meer een stroommeter en een spanningsmeter.
Dat hangt af van wat u nodig heeft. In serie tellen de spanningen op en blijft de capaciteit gelijk: twee accu's van 6 V in serie geven 12 V met dezelfde capaciteit. Parallel blijft de spanning gelijk en tellen de capaciteiten op: twee accu's van 12 V parallel geven 12 V met de dubbele capaciteit. Schakel alleen identieke accu's samen, dus van hetzelfde type, dezelfde spanning en dezelfde laadtoestand.
Onderstaande oefeningen gebruiken een spanning van 9 V, zoals de 9V-batterij bij de kit, en weerstanden uit de kit. Controleer uw antwoord door de schakeling op het breadboard te bouwen en te meten met een multimeter.
Uitkomsten: (1) R = 1470 Ω, I ≈ 6,1 mA, 2,9 V over de 470 Ω en 6,1 V over de 1 kΩ. (2) 0,9 mA door de 10 kΩ, ongeveer 2,7 mA door de 3,3 kΩ, totaal ongeveer 3,6 mA. (3) De parallelschakeling is ongeveer 767 Ω, samen met de 470 Ω is R ≈ 1237 Ω en I ≈ 7,3 mA.
De wet van Ohm beschrijft het verband tussen spanning, stroomsterkte en weerstand: bij een ohmse weerstand is de stroom evenredig met de spanning. De formule is U = I × R, met U in volt (V), I in ampère (A) en R in ohm (Ω). De wet is genoemd naar de Duitse natuurkundige Georg Simon Ohm.
Niet elk component volgt de wet van Ohm. Een gewone weerstand wel, maar bij een diode, een LED of een gloeilamp verandert de weerstand met de spanning of de temperatuur.
Zie spanning als de druk die de stroom aandrijft, stroomsterkte als de hoeveelheid lading die per seconde stroomt en weerstand als de mate waarin de stroom wordt tegengehouden. Meer spanning geeft meer stroom, meer weerstand geeft minder stroom. Verdubbelt u de spanning over een weerstand, dan verdubbelt de stroom. Over 1 kΩ geeft 9 V een stroom van 9 mA; over 10 kΩ is dat 0,9 mA.
De wet van Ohm zegt dat de spanning over een ohmse weerstand gelijk is aan de stroomsterkte maal de weerstand: U = I × R. Bij een constante weerstand is de grafiek van de stroom tegen de spanning een rechte lijn door de oorsprong.
De formule heeft drie vormen, afhankelijk van wat u zoekt:
Het vermogen volgt uit P = U × I. Combineert u dat met de wet van Ohm, dan krijgt u ook P = I2 × R en P = U2 / R. Rekent u liever met een tool, gebruik dan de natuur- en wiskundeformules, waar de wet van Ohm, het elektrisch vermogen en de weerstand in serie en parallel in staan.
De stroomsterkte is evenredig met de spanning en omgekeerd evenredig met de weerstand: I = U / R. Verdubbelt u de weerstand bij dezelfde spanning, dan halveert de stroom. Een voorbeeld: 9 V over 470 Ω geeft ongeveer 19 mA, en 9 V over 1 kΩ geeft 9 mA. Voor een LED geldt de wet van Ohm niet over de LED zelf; u rekent dan met de voorschakelweerstand.
Het teken van ohm is de Griekse hoofdletter omega: Ω. Het is het symbool van de eenheid van weerstand. De weerstand zelf krijgt in formules de letter R. Veelgebruikte veelvouden zijn kΩ (kiloohm, 1000 Ω) en MΩ (megaohm, 1.000.000 Ω).
Het elektrisch vermogen is gelijk aan de spanning maal de stroomsterkte: P = U × I, met P in watt (W). Met de wet van Ohm kunt u dat ook schrijven als P = I2 × R en als P = U2 / R. Het vermogen bepaalt hoe warm een component wordt. De weerstanden in de kit zijn volgens de onderdelenlijst 0,25 W; ze mogen dus niet meer dan een kwart watt omzetten in warmte.
Nee. Ohm (Ω) is de eenheid van weerstand en watt (W) is de eenheid van vermogen. Ze hangen samen via de formules: bij een bepaalde stroom bepaalt de weerstand hoeveel vermogen als warmte vrijkomt (P = I2 × R).
I = P / U = 1000 W / 12 V ≈ 83 A. Dat is een grote stroom, waarvoor dikke kabels nodig zijn. Dezelfde 1000 W op 230 V vraagt ongeveer 4,3 A. Omgekeerd is 1 ampère bij 12 volt een vermogen van 12 W (P = 12 V × 1 A).
Bij 230 V is dat P = U × I = 230 V × 16 A = 3680 W, dus ongeveer 3,7 kW. Dat is het vermogen waarbij een groep met een zekering van 16 A bij een spanning van 230 V net niet overbelast raakt. Laat werk aan een elektrische installatie over aan een erkend installateur.
Een breadboard is bedoeld voor lage spanning. Houd u aan deze regels:
De analoge breadboard kit is een complete set om elektronica te leren zonder te solderen. De set bevat componenten, meerdere breadboards met basisplaat, pindraden en een 9V-batterijhouder met schakelaar. Bij de kit wordt een Nederlandstalige oefenhandleiding geleverd met 48 uitgewerkte experimenten, oplopend in moeilijkheidsgraad.
De experimenten behandelen onder andere weerstanden in serie en parallel, condensatoren, dioden, transistoren (NPN en Darlington), logische poorten (OF, EN, NOR en NAND), oscillatoren en timerschakelingen. Weerstanden in serie en parallel zijn het onderwerp van de eerste experimenten, zodat u de berekeningen uit dit artikel op het breadboard kunt controleren.
De kit bestaat uit een set elektronische componenten en een set breadboard-onderdelen:
Om spanningen en stromen te meten, zoals in de oefeningen hierboven, heeft u een multimeter nodig. Die zit niet in de set. Voor een klas is het handig om per groepje een multimeter te hebben; zie het assortiment elektriciteit & voedingen. De 9V-batterij zelf staat niet in de onderdelenlijst van de kit. Neem contact op voor advies over het aantal sets en meetinstrumenten voor uw klas.
In de kennisbank staan practica over elektrische schakelingen, de wet van Ohm en soortelijke weerstand voor verschillende niveaus:
Alle practica staan in de kennisbank met practica.
Labvakhandel levert materialen voor het natuurkundeonderwijs, van de analoge breadboard kit en meetinstrumenten tot voedingen. Bekijk het assortiment elektriciteit & voedingen of de natuurkunde-onderwijsmaterialen, of neem contact op voor advies bij het kiezen van een set.
Geschreven door Labvakhandel, specialist in laboratoriumbenodigdheden voor bedrijven en instellingen.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke onderwijssituaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende leerplannen, vakliteratuur en de documentatie van de fabrikant.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
