与电路原理图原位对应的电路实验板的制作方法

本发明属于电子电路实验教学工具技术领域，尤其涉及一种与电路原理图原位对应的电路实验装置。

背景技术：

电路原理图是将电子电路以最容易理解、最便于分析的形式画出的图示。如果实验电路能够与电路原理图的元件位置、连线方式等方面完全对应，则不仅将极大地方便初学者从实验开始入门电子电路，也能极大地方便电子工程师设计、调试、分析电子电路。

为了解决实验电路与电路原理图对应的问题，人们做了各种尝试。

电子积木将每个电子元件放在一个积木块里，块与块之间利用按扣连接和固定，免除了焊接，是一种比较适合儿童入门电子电路的工具，缺点一是已经做成积木块的元件种类很有限，二是按扣式连接造成元件不在同一平面内，具有高度差，增加电路的复杂程度，有时不得不放弃与原理图的对应关系。

导电笔可以画出与电路原理图一样的导线图，然后将真正的电子元件插在相应位置就可以实现对电路原理图的模拟，但缺点是现有的导电笔画出来的线条导电效果较差，经常发生断路，增加了排错难度，且目前成本偏高。

ewb、multisim、tinapro、protel等电路仿真软件能够在一定程度上给出电路原理图的仿真效果。但软件模拟仍属于理论计算范畴，无法完全代替实际电路实验，因为理想化的元件与实际元件或多或少存在一定差异。实际电路带给孩子们的乐趣更是电路模拟软件无法企及的。

面包板是用于电子电路的无焊接实验的一种工具。面包板上有很多小插孔，孔内有导电夹片，各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，广泛用于电子电路的组装、调试和教学。面包板是带有导电夹片的插孔组成的矩形阵列，是集成电路插座的自然推广，面包板的功能主要取决于这些插孔内部导电夹片之间的连接关系，这才是面包板技术的关键之所在。然而现有面包板插孔内部导电夹片之间的连接关系决定了它无法与电路原理图相对应。

电路原理图通常是正极线在最上横向走行，负极在最下横向走行，因此多数电子元件须纵向布置，才便于在正负极间形成电流，并有助于在电路原理图上对电流、电压进行分析。

现有面包板能够实现正极线在最上横向走行，负极线在最下横向走行，但无法实现多数电子元件纵向布置，因为现有面包板正负极线之间的元件插接区每纵列共有十个插孔，被中央横向隔离沟分成两组，每组纵向五孔内部形成短路，元件若要纵向布置则只能在两组之间的断口处插接，每一纵列只有一个组间断口，即使加上与正负极线间的两个断口，也只有三处，严重限制了每一纵列上元件的数量和插接位置的选择，并且断口处只能纵向插接二极管、电阻等两脚元件，至于三极管和其它多脚元件就不得不改为横向插接，而横向布置元件不可避地要求接线方式发生相应的变化，进一步加大与电路原理图的差异，同时横向布置元件不便于分析电流、电压。

因此，在现有面包板上组装电路之前，通常要将电路原理图变形重布线，只保留元件间的连接关系不变，而元件方向、位置都会发生很大变化，导线的走行也要发生很大变化。这样一来，拼插出来的实验电路就无法与电路原理图原位对应。不仅拼插过程耗时费力，容易出错，也增加了分析实验电路的难度。反之如果在实验电路中做了一些改动，想在电路原理图中做相应的改动也要经过一番复杂变换。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题，提供一种元件插接位置和接线方式能够与电路原理图完全对应的实验装置及与电路原理图对应的电路拼插方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明由新式面包板、两组电池插槽、两个电源输出块组成。

新式面包板的结构要点。

如图1所示，新式面包板占据本发明正面的全部，其长度大于宽度，下文中新式面包板长度方向称为“横向”，新式面包板宽度方向称为“纵向”，新式面包板一侧横贯全长设置有一长排连续等距插孔，为正极插孔区；新式面包板另一侧横贯全长设置有一长排连续等距插孔，为负极插孔区。正极插孔区内各插孔的导电夹片互相导通，负极插孔区内各插孔的导电夹片互相导通。称正极插孔区所在方向为“上”；负极插孔区所在方向为“下”。

正极插孔区与负极插孔区之间为元件插接区，元件插接区内由新式面包板长度方向一侧至另一侧布置8个独立插接区，相邻独立插接区之间被纵向隔离沟隔开，从而保证不同独立插接区之间互相绝缘。每个独立插接区内的插孔组成5×20矩形阵列，每横行5个插孔的导电夹片互相导通，每纵列20个插孔间互相绝缘。新式面包板上插孔间的连接关系可以概括为“横向皆连遇沟断，纵向孔间皆绝缘”，图2在图1的基础上添加了多条灰色横线，以显示各插孔内部导电夹片间的连接关系。

作为一种优选方案，本发明所述正极插孔区与元件插接区之间设置有横贯全长的红色的正极指示线，负极插孔区与元件插接区之间设置有横贯全长的黑色的负极指示线。

作为另一种优选方案，本发明所述新式面包板背面设置有两组电池插槽，每组可插两节5号电池。如果电路需要3伏供电，可只在其中一组电池插槽内插入两节5号电池；如果需要6伏供电，可以在两组电池插槽中插满4节5号电池。电池插槽外端开口处设置有插槽盖，电池插槽输出端设置有电源输出块，为5孔×10孔的面包板，被隔离沟分割成5孔×5孔的正极输出区和5孔×5孔的负极输出区，正极输出区设置在新式面包板的正极插孔区一侧，负极输出区设置在新式面包板的负极插孔区一侧，正极输出区内设置有25个正极输出插孔，皆与电池插槽的正极导通。负极输出区内设置有25个负极输出插孔，皆与电池插槽的负极导通。

如图10所示，本发明的新式面包板的正极插孔区和负极插孔区亦可为双排以延长使用寿命，独立插接区亦可为十个以适应更多分支的电路。

本发明有益效果。

1、本发明结构规律性强，简言之就是“横向皆连遇沟断，纵向孔间皆绝缘”这一规律贯穿于整个新式面包板，既包括元件插接区也包括正负极插孔区。规律性强便于记忆，便于初学者快速上手，同时减少了出错的可能性。

2、本发明的新式面包板“纵向孔间皆绝缘”保证了电子元件无论二脚、三脚、多脚，都可以纵向插在元件插接区，且位置有多种选择。元件纵向插接和位置选择的自由保证了拼插出的电路能够与电路原理图准确对应，免除了重新布线这一环节，进而保证了电路搭建过程简便高效，同时拼插出的电路也像原理图一样结构清晰，易于分析和改进。

3、本发明的新式面包板包括7条纵向隔离沟，将元件插接区分割为8个独立插接区，每个独立插接区对应电图原理图中的一条纵向支路，例如图8中实验板上最左侧的独立插接区与图7电路原理图中最左侧10kω电阻和mic串联组成的支路相对应。而支路之间传递信号的电容、光耦、变压器、继电器等可以跨隔离沟横向插接，例如图8中跨隔离沟横向插接的1μf电容对应图7原理图中横向布置的1μf电容。

4、本发明带有两组电池插槽，可以插两节或四节五号电池，为拼插的电路提供3伏或6伏的电源，能满足大多数电子电路的供电需求。拼接好的电路自带电源既便于携带使用，又彻底避免了使用外接电源带来的触电风险，同时五号电池是现有各种电池中供电成本最低的，也是最容易买到的。

5、每组电池插槽的正负极输出采用5孔×10孔的面包板，通过隔离沟分成5孔×5孔的正极输出区和5孔×5孔的负极输出区，利用面包板插线取电。可以很方便地改变取电电压和输出电流。同时25个孔可以保证正极输出区和负极输出区的耐用性，使其足以耐受反复插拔，从而也可以充当电源总开关。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明俯视图。

图2是本发明插孔内部导电夹片间连接关系示意图。图2在图1基础上增加了162条灰色横线，被同一条灰色横线连接起来的各插孔内部的导电夹片互相导通。

图3是本发明上方立体图。

图4是本发明下方立体图。

图5是本发明仰视图。

图6是本发明右视图。

图7是电路原理图示例，与图8图9相对应，举例说明本发明的应用。

图8是本发明插接元件示例图（与图7对应的俯视图）。

图9是本发明插接元件示例图（与图8对应的立体图）。

图10是本发明俯视图，正极插孔区和负极插孔区增至双排，独立插接区增至十个。

图中，1为正极插孔区、2为红色正极指示线、3为元件插接区的第八独立插接区、4为纵向隔离沟、5为黑色负极指示线、6为负极插孔区、7为电源输出块的正极输出区、8为电源输出块的隔离沟、9为电源输出块的负极输出区、10为电源输出块、11为新式面包板、12为电池插槽、13为电池插槽盖。14至23为电路插接示例：14为面包板插线（连接电源负极）、15为面包板插线（连接电源正极）、16为两脚元件（驻极体拾音器mic）纵向插接、17为两脚元件（电阻）纵向插接、18为两脚元件（电容）跨隔离沟横向插接、19为三脚元件（npn型三极管9013）纵向插接、20为三脚元件（pnp型三极管9012）纵向插接、21为两脚元件（发光二极管led）纵向插接、22为面包板插线跨隔离沟横向插接、23为面包板插线纵向插接。24为元件插接区的第十独立插接区。

具体实施方式

下面以图7中的电路原理图的对应实验为例说明本发明的结构和应用。如图7所示，多数电路原理图最上部为横贯全图的正极线，与之相对应，本发明的新式面包板的最上部为横贯新式面包板全长的正极插孔区，正极插孔区可以是一排连续等距插孔如图1中的1，为增加耐用性，可以采用两长排连续等距插孔如图10中的1，注意，这里靠在一起的两长排连续等距插孔都属于正极插孔区，与部分现有面包板正极插孔区和负极插孔区靠在同一侧是不同的。与现有面包板正极插孔区5个孔一段不同，本发明正极插孔区的插孔间是等距的，并不分段，便于初学者从外观上认识到正极插孔区为连在一起的整体。正极插孔区下方画有横贯新式面包板全长的红色正极指示线，如图1和图10中的2，进一步说明其上方的正极插孔区相当于电路原理图中横贯最上部的正极线。

如图7所示，多数电路原理图最下部为横贯全图的负极线，与之相对应，本发明的新式面包板的最下部为横贯新式面包板全长的负极插孔区，负极插孔区可以是一长排连续等距插孔如图1中的6，为增加耐用性，亦可采用两长排连续等距插孔如图10中的6。与现有面包板负极插孔区5个孔一段不同，本发明负极插孔区的插孔间是等距的，并不分段，便于初学者从外观上认识到负极插孔区为连在一起的整体。负极插孔区上方画有横贯新式面包板全长的黑色负极指示线，如图1和图10中的5，进一步说明其下方的负极插孔区相当于电路原理图中横贯最下部的负极线。

为了结构清晰便于分析，多数电路原理图会分成从左到右多个功能相对独立的纵向支路，支路中电子元件纵向布置。不同支路之间可以有少量的横向布置的元件，用于在不同支路间传递信号。例如图7的电路原理图：左数第一支路由10kω电阻和驻极体拾音器mic串联组成，功能是声音振动使驻极体拾音器mic阻抗变化，导致驻极体拾音器mic上分到的电压随着声音的振动而变化，而驻极体拾音器mic下端接负极线，电位始终为0，则驻极体拾音器mic上端电压随着声音的振动而波动，完成了将声音信号转化为电压信号的功能。

与此对应，图8的实验电路板上左数第一独立插接区上插接10kω电阻和驻极体拾音器mic形成串联关系。参照图2显示的插孔内导电夹片间的导通关系，很容易理解上述10kω电阻和驻极体拾音器mic形成串联关系。

图7的电路原理图左数第二支路以npn型三极管9013为主体，辅以1mω电阻和150kω电阻形成的串联分压式偏置电路为npn型三极管9013提供适当的基极直流偏置电压，以便保证npn型三极管9013处于放大区。图8的实验板上左数第二独立插接区上的1mω电阻、150kω电阻和npn型三极管9013与此对应。

图7的电路原理图左数第一支路与第二支路之间横向接有1μf电容，用于将第一支路中驻极体拾音器mic上端随着声音振动而波动的电压信号传递到第二支路npn型三极管9013的输入极（基极），同时电容不形成持续电流故不会彻底改变第二支路为npn型三极管9013提供的基极直流偏置电压。图8的实验板上第一独立插接区与第二独立插接区之间横跨隔离沟插接有1μf电容与此对应。

图7的电路原理图左数第三支路只有一个pnp型三极管9012。图8的实验板上左数第三独立插接区上的pnp型三极管9012与此对应。

图7的电路原理图左数第二支路与第三支路之间靠导线传递信号。图8的实验板上左数第二独立插接区与第三独立插接区之间横跨隔离沟的导线与此对应。

图7的电路原理图左数第四支路只有一个发光二极管led，一端连接电源的负极线，另一端接受pnp型三极管9012的输出信号。与之相对应，图8的实验板上左数第四独立插接区中的发光二极管led一端经导线连接负极插孔区，另一端通过横跨隔离沟的导线接受pnp型三极管9012的输出。

图7的电路原理图右数第一支路由3v电源和开关串联组成，为正极线和负极线供电。图9的实验板上利用面包板插线14连接电源输出块10的负极输出区到新式面包板的负极插孔区；利用面包板插线15连接电源输出块10的正极输出区到新式面包板的正极插孔区。这里只用到一组电源输出块，即只用到了一组电池插槽中两节5号电池串联产生的3v电压。只要将面包板插线14或15从电源输出块10上拔出，即可切断电源，从而替代了开关，简化了拼插过程，同时电源输出块10的正极输出区和负极输出区各有25个插孔，其耐用程度远超过普通开关。

这里仅以一个电路原理图的对应实验为例介绍了本发明的应用和拼插出的实验电路与电路原理图间的对应关系。绝大多数电路原理图都能以类似的方法利用本发明来进行对应的拼插实验、调试和教学。