多功能电路板的制作方法

专利名称：多功能电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的电路实验板，特别是由本发明的电路实验板和电路元件组成多功能电路板，用于电路实验演示和益智玩具。
现有集成电路实验板(俗称成包板)，在集成件管脚上下两侧，有与管脚相连的槽形纵向排列多孔插座，它需用导线两头焊有专用插头插入插座内，使电路两端相互连接。这种连接常因导线与插头之间的连接不牢，造成的隐患故障不便检查。同时相互连线的长短不当，引起相互交错和重叠给插入和检查带来许多不便，特别是故障的检查相当繁杂混乱，而且，现有面包板的实验，仅限于电子电路实验，不能用作电工、电机传动与控制等项实验。
本发明针对上述电路实验板的缺点，提出一种新型电路实验板，本发明电路实验板，采用两层印刷制电路极(以下简称印制板)和插针(如大头针，以下省略)，替代现有面包极和两头带有插头的导线，一层印制板上印制带有等距排列金属化孔的纵向线条，(以下简称纵向线条)，另一层印制板上印制带有等距排列金属化孔的横向线条，(以下简称横向线条)，这两层印制板在相互隔开和相互绝缘的对应重叠固定在一起，若纵向线条印制板在上层，则横向线条印制板在下层，或反之，这样上层纵向线条与下层横向线条交点处，正是上述线条上等距排列的金属化孔，用与金属化孔径相同的插针插入这相交处的金属化孔内时，上层印制板上插入插针金属化孔的纵向线条，和下层印制板上插入插针金属化孔的横向线条，通过金属化孔和插针的接触相连通。若要上层印制板上任两条纵向线条连通，可在与其重叠的下层印制板的横向线条相交处，即两层对应的两对金属化孔内，分别插入两个插针的接触相连，达到电路相连的目的，这样下层印制板上横向线条及其线条上金属化孔与其相同直径的插针替代了，现有面包板所用的导线两头焊有专用插头的连线，上层印制板上的纵向线条及其线条上金属化孔替代了，现有面包板上槽形纵向排列多孔插座。上述插入和查找，免除因导线与插头连接不牢的故障隐患，为电路实验提供方便快捷可靠的实验板，由本发明的电路实验板和电路元件组成了本发明的万能电路魔板。为便于说明，以下用电子电路例，本发明的电路实验板是由两层印制板组成，它可以通过插针插入，或不插入金属化孔内，达到相连或不连的功能，也可用元件插脚插入金属化孔内用锡焊好这到固定的相连，这是现有面包板所不可能的，而本发明能灵活可变的用，正因如此，可在本发明电路实验板上，配上一些电子元件，把对电路功能固定无变化部分，如电源正端、电源负端、声、光、数码管及其限流阻等电路连接点，焊接在双层印制板上固定不变，而对电路功能有多种状态变化的电路连接点，用插针的插入或不插入改变电路的连接状态，达到不同电路功能的实验和演示。这种万能电路魔板上插入插针的插法很简单，它只是对号入座的插练，没有电子技术知识的初学者，只要按照电路给定的X坐标点号数和Y坐标点号数所确定的孔位，对号插入就可。就电子电路而言，本发明万能电路魔板的插练，能演示数字电路的基本原理与应用，逻辑门的与门、或门、否门及其组合逻辑电路等；数字的显示及其数制有二进制、八进制、十进制、十六进制及六十进制等，触发器有R-S触发器、D型触发器、T型触发器、J-k型触发器、单稳态触发器、无稳态触发器(多谐振荡器)等；组合器件有数据选择器、译码器、编码器及运算器等；时序电路有琐存器、寄存器及计数器等；利用门电路和D型触发器组成可编程逻辑陈列(PLD)如通用可编程逻辑器件PAL和GAL等等；应用电子电路有电子手表、电子钟、计数器、里程计数器、抢答器、节拍器、报警器、声控器、光控器、温控器、数字控制、位置控制、位移控制、速度控制、电子音响、电子彩灯等等应有皆可有，所有演示都有结果正确或不正确的显示，而且全是安全低压，有短路故障自动断电告警，通过上述，由简单到复杂，循序渐进自己动手演示，许许多多直观显示的感性认识，自会明白数字电路的基本原理及应用的奥妙。这种简单易行按坐标点号数的插练，类似于数点子下跳棋之类玩具，寓教于乐，老少适宜，人们的好奇兴趣和求知欲，在亲自动手中会不断进取。它既是一种益智玩具，又是一种激励创新的教具，符合当今素质教育的要求。21世纪是信息数字世纪、信息化、数字化手段将是人们谋生的本领，也是必须拥有的基本技能。本发明的问世正逢其时，为世人提供一种无师自通的学习数字技术的简易可行器具。对于不同层次的专业技术人员和学生，也是复习巩固和提离数字电路技术的简便教具，本教具在数字电路理论方面做到系统、全面、简明、实用，并配上相应的教材，即将出版发行。
通过电子技术的变换，可以获得与市电隔离，低压安全的单相和三相交流电，配上一些低压微型电器、电机和指示仪表等元器件，这些元器件在现有的面包板上，是不可能插入的电路的连接，但在本发明的印制板上，可以根据上述元器件的需要，改变线条宽度，相邻线条之间的间距、线条的排列方式，线条上金属化孔的孔径和孔距等等来满足电工、电机传动与控制的实验和演示目的，上述的种种改变，对现在的印制电路板而言是既可能，又很经济方便。这样全能性的可作电子、电工、电机传动与控制等各项实验与演示，称之为万能电路魔板。
本发明所提供万能电路魔板，为便于说明，仍以电子电路为例子说明本发明万能电路魔板，它是由本发明电路实验板和电路元件所组成，其电路实验板由双层相同大小单面(或双面)印制板和电路元件插座，(如集成元件插座，以下简称插座)、和插针所组成，插座是焊接在上下两层相互隔开和相互绝缘的印制板上金属化孔内。以插座的横向中心线为中心的上下两侧，下层印制板(或上层印制板)上敷印有平行于插座横向中心线的横向线条，上层印制板(或下层印制板)上敷印有垂直于插座横向中心的纵向线条，横向和纵向的相邻线条中心线间距离，相同于集成件的两个相铃邻插脚中心间距为2.54mm，横向和纵向线条宽度由连接两点间所通的电流来选定，常用0.30mm或更宽，在每根线条上，每间隔2.54mm(相同于集成件的两个相邻插脚中心距离)处，有一个上下两层印制板相互对应相同孔径的金属化孔，孔径大小决定于插针的直径，例如0.60mm-0.80mm，上层印制板上的纵向线条与插座的插脚由金属化孔的焊接相连，插针可选用相同于线条上金属化孔径的大头针或其他导电的金属针，这便是本发明一种电路实验板的举例。如果在上述集成件的1P和6P相连的两根纵向线条上，所对应的某一横向线条上的两个金属化孔内插入两个插针，由于插针和上层与下层印制板上的金属化孔的接触，便将1P和6P通过横向线条相连。显然，这种方式相连简便可靠，查找方便，也不存在因连线长短不当造成的问题和麻烦。此外，以插座中心线上下两侧排列的横向线条和纵向线条可相同排列，也可不同或偏相于一侧的排列，排列方式可根据电路需要所定。
本发明是印制板所组成，因而线条宽度、相邻线条之间的间距、线条的排列方式、线条的数量、线条走向、线条是直线或折线或曲线、线条上排列的金属化孔的孔径和孔距等等，皆可随意改变，这在后述中将进一步说明，现有面包板受模具制作所限，难能如上随意改变。再由于印制板上金属化孔，既可以用插针的插入达到电路相连的目的，又可将元件直接焊接在印制板上，使其牢固的固定在印制电路板上达到电路相连的目的，这样在本发明的实验板上，配上一些电子、电机、电器及仪表等元件，把对电路功能固定不变的部分，直接焊接在双层印制板上固定不变，而对电路功能有多种状态变化的电路连接点，用插针的插入或不插入的改变电路的连接状态，达到不同电路功能的实验和演示，插练方法很简单，按照电路给定的坐标位置，例如用人们所熟悉的笛卡尔坐标表示的电路各点的坐标位置，插练者只要按电路所给定的坐标点号数，对号入座的插入插针达到给定电路的功能实验或演示，这种功用智能化，操作傻瓜化，能方便的适应广大初学爱好者使用。
本发明的优点如下1用两个插针和印制板上敷印的线条，替代现有面包板和两头带有插头的导线，节省原材料，减少故障隐患，连接简便快捷，查找接点和故障排除便捷。
2用印制板敷印的铜箔线每和金属化孔，替代现有面包板的槽形纵向排列多孔插座，其优点是，金属化孔与插针接触好，特别是镀金孔，接触电阻小，工艺简单，树料节省，省功省时，成本低。
3上述铜箔线条与槽形纵向排列多孔插座相比是灵活多便，线条宽度、线条间距、线条上的孔径与孔距、线条数量、线条可直线或折线或曲线和线条排列方式等等的更改都很简便，这是槽形插座难能实现，纵横线条的转变，可以将任何位置点，转换为纵向或横向所需位置的方式简便，电路连接点少，无连线交叉重叠的影响，连接可靠。
4由于线条宽度，线条间距、线条上的孔位与孔距，线条数量、线条可直线或折线或曲线和线条排列方式等等的更改都很简便，使本发明的实验板，不仅适用于电子电路实验和演示，也可适用于电工、电机和控制电路的实验和演示。
5印制板上线条构成电路接点的连接可用插针插入联接，也可用焊锡焊接固定不变，能通用和专用相结合的电路实验和演示提供方便和可能，这才有了本发明万能电器魔板的问世。
6万能电路魔板是按坐标点号数对号入座的插练，演示各种电路功能，它类似于数点子下跳棋的玩具，特别是无师自通，在休闲娱乐中，增进教子电子技术知识，是益智玩具，又是新型的教具。21世纪是数字信息时代，数字技术是人人必修的一种谋生技能，本发明的电路魔板的数子电路部分为学习数字技术基础知识提供了一种简便可行的新途径。本发明所有电路实验和演示，都在安全低压下进行，使教本、实验指导书、实验器材统一为电路魔板和使用说明书或光盘，使初学者在，学校集中于教师指导下进行的教学和实验，般到家庭自酌情安排，可以边学边演示和实验，符合家庭教学、网上教学所需。
7本发明万能电路魔板能跟随科学技术发展而引伸的可持续性发展；不像某些玩具，人们玩了一段时间后，就不需要它了。
8本发明可派生存储器以及可编程逻辑器件系列，用插针替代PAL或GAL等元件的熔丝方法的连接方式，在本发明的印制板焊上相应的二极管、三极管作为门输入和反相器，加上D型触发器元件可组成PAL或GAL等各类器件，给可编程逻辑器件的实验提供了直观简便快捷的实验手段和其引伸实验。
本发明借助下列各图进一步叙述如下

图1本发明两层重叠的上层(也可作下层)印制板以纵向线条为主或有部分横向线条排列的一种举例。
图2本发明两层重叠的下层(也可作上层)印制板以横向线条为主和部分纵向线条排列的一种举例。
图3本发明图1和图2两层印制板对应重叠相互隔相互开绝缘的固定在一起(以下简称对应重叠)时，纵向和横向线条的排列。
图4用4538双单稳态触发器组成多谐振荡器电路图的一种举例。
图5对应图4电路图用本发明电路实验板的插针插入方法的连线图。
图6本发明两层印制板对应重叠时线条排列的第二种形式举例。
图7本发明现两层印制板对应重叠时线条排列的第三种形式举例。
图8本发明两层印制板对应重叠时线条排列的第三种形式举例中添加过桥印制板的应用举例。
图9本发明的过桥印制板的举例。
图10本发明用数字电路为举例进一步说明万能电路魔板的系统框图。
图11本发明由晶振等元件组成有多种频率输出脉冲源供系统演示和实验的一种举例。
图12本发明由分立元件组成门电路举例。
图13本发明由HD1、HL1、HD2、PU1、AS1和PU2组成计数译码驱动和显示单元等应用举例。
图15本发明由电子开关(如4066)组成可变数控电阻网络和可变数据电容网络组成的SR/SC单元的举例。
图14本发明由二极管、三极管和D型触发器组成的可编程逻辑器件(PLD)的举例。
图16本发明由555和继电器组成插错短路自动断电保护电路和告警显示EP单元的举例。
图1是上层印制板以纵向线条排列为主，或有部分横向线条。图2是下层印制板以横向线条排列为主和部分纵向排列线条。图1和图2中皆有一对横向排列的横向孔距为2.54mm和纵向孔距为7.62mm的金属化孔是用来焊接集成件插座(简称插座)，本例是选用16P(16脚)插座，利用图2横向连线把两行排列横向排列插座管脚转换为一行横向排列，即1P-8P和9P-16P两行转换为1P-16P一行。其编号排列方式按笛卡尔坐标的第一象限内排列，从右至左，从下向上。横向线条或纵向线条的相邻线条中心线间距离为2.54mm，在线条上每间隔2.54mm处有上下两层相互对应直径相同的金属化孔，孔的直径与插针直径相同，如0.60mm～0.8mm，线条宽度为0.30mm或更宽些。从制造成本而言，宜采用单面印制板，在制作时上层印制板的纵向排列的线条和下层印制板上横向排列的线条可以互换。并非特定为图1和图2的规定，其中线条宽度、线条可直线也可曲线，线条上的孔距和孔径、相邻线条中心线间的距离等等皆可根据电路的需要变化，这是印制电路板更改方便的特点，不像面包板插座的更改需要更改模具的缺点和不便。
图3是图1上层印制板和图2下层印制板对应重叠相互隔开相互绝缘固定于一起的排列，上层印制板上线条图形用实线划出，下层印制板上线条图形用虚线划出(下同，不重复说明)。线条的排列方式按笛卡尔坐标的第一象限内排列，在X方向是从左向右分别为0、1、2…；在Y方向由下向上分别为0、1、2…。本图中用点划线方框表示16P集成件的插座，且为两行列，通过双层印制板的纵向线条与横向线条和上下两层印制板上的金属化孔的焊接变换为一行排列，即如图中所示的X方向排列编号1、2、3…16对应为1P、2P、3P、…16P。分别对应如下表1 16P集成件所对应的排列
如果用14P集成件插入，并以1P插入X方向排列号为1时对应如下表2 14P集成件所对应的排列
同理用8P集成件以1P对应X方向排列为1时对应如下表3 8P集成件所对应的排列
大于16P的集成元件采用大于16P的插座(或40P插座)，类似于上述办法处理(下同，不重复说明)。在图3中纵向线条或横向线条每间隔2.54mm处，上下两层印制板纵横线条相交对应有一个孔径相同的金属化孔用
符号表示(下同，不重复说明)，当用焊锡将上下两层连同管脚或元件插脚焊接固定在一起时用
符号表示(下同，不重复说明)，又若用插针插入上下两层金属化孔内，使其对应的上层印制板上纵向线条和下层印制板上横向线条，通过插针与金属化孔的接触连接在一起用
符号表示。再若未焊接在一起，也未插入针即如上所述用
符号表示，对应的上层印制板上纵向线条和下层印制板上的横向线条没有相连。图中点划线的方框为集成元件插座。在集成件插座下的三行金属化孔是上层印制板和下层印制板都是对应重合的纵向线条用来外接(或外插)电阻、电容、二极管和三极管等分立元件，在这三行下面还有两行，上层印制是纵向线条连线，下层印制板是横向线条，并分别接外部电源VD和VS两端。具体应用对应于图5加以说明。
图4用4538双单稳态触发器组成多谐振荡器的电路图，图中第1级接C1和R1端为1P和2P,TR+、TR-、R、Q1和Q1分别为4P、5P、3P、6P和7P；第2级接C2和R2湍为15P和14P、TR+、TR-、R、Q2和Q2分别为12P、11P、13P、10P和9P。图5是对应图4电路插入插针的连接图。图中下层印制板上，从下向上数的第一条横向连线与电源接地端VS相连，从下向上数的第二条的横向连线条与电源端VD相连。4538集成件管脚共16P，电源正端VD是第16P，其坐标点X16,Y1简写为(16,1)，以下相同不再说明，在此处(16,1)插入插针，电源接地端VS是第8P为(8,0)处插入插针。4538的3P、5P、13P和1P、12P、15P分别与电源正端VD和电源接地端VS相连，对应在下列(3,1)、(5,1)、(13,1)和(1,0)、(12,0)、(15,0)六点金属化孔内插上插针,4538的4P和9P相连，分别在(4,14)、(9,14)和(9,10)三点金属化孔内插入插针；4538的6P和11P相连，分别在(6,16)、(11,16)和(11,10)三点金属化孔内插入插针；电阻R1和R2分别插入(2,3)、(3,3)和(13,3)、(14,3)四点金属化孔内；电容C1和C2分别插入(1,4)、(2,4)和(14、4)、(15、4)四点金属化孔内；10P为外引输出端，若该点由纵向连线线条引出，则在(10、10)点金属化孔内插入插针。
显然，上述全过程非常简明方便。只要写明插入插针的金属化孔的坐标点的号数，无电子技术知识的人皆会根据坐标点号数，对号插入就可，无需老师指导。在电子电路魔板中以数字显示入手，从数字电路的最基本数制与编码起一步一趋的引入至基本逻辑门与逻辑代数、组合逻辑电路、触发器、时序电路、存储器和可编程逻辑器件，这样由浅入深、由简单到复杂的插练习出各种功能电路。插多了，插熟了自会明白电路的道理。全过程只是按各种功能电路和所给的坐标点的号数插练，无需老师在旁指导，人人皆可动手按电路给定的坐标点号数插练，在求知的兴趣下会坚持插完，会明白数字电路全部基本原理。熟能生巧，巧能生妙，插会了就能自行设计电路的插练，通过验证设计电路是否符合原设计要求。这种自己动手，自发的兴趣，引人入胜的从模仿到创新，是符合当今素质教育的要求。在日异月新的知识经济时代授人以创新的能力比提供知识更重要。特别是本发明人多年多地的打工，耳闻目见的，许多打工青年，特别是各类学校出来的学生虽学过但不会用，多么渴望学习或再学习电子技术，只是苦于无师指导和必要的实验手段而愤憾无奈。正是这种渴望的激励，再加上本发明人有过相关教学的阅历自然联想起无师自通的学习教具，力求满足他们的要求。
图6是本发明两层印制板对应重叠时线条排列的第二种形式举例。本图线条排列是上下对称于集成件插座的排列方式。其中插座9P-16P上方尚有插座下方1P-8P的引线，插座1P-8P的下方也有8P-16P的引线，1P与16P,2P与15P…8P与9P相连或不连，可由上层印制板纵向线条与下层印制板上纵向线条交点上的金属化孔内是否插入插针来控制。其他连接方式，根据需要可按图3的线条排列式增或减。
图7是本发明两层印制板的对应重叠时线条排列的第三种形式举例。本图中的线条排列和孔距都和前两种有所不同，能适合电工仪表和电器元件外引端点间距大的特点，可作电工电机和控制等方面的实验。还可用二层以上的多层印制板技术，满足本发明的持续发明展要求，如工艺简便，合二为一等。这一点现有面包板是不便此类实验。
图8是本发明两层印制板对应重叠时线条排列的第三种形式在电工学中应用实验。本图是欧姆定律的实测电路。图中E、R、A和V元器件是如图9所示的电池、电阻、电流表和电压表的过桥印制板。其中符号 如前所述为焊锡焊接好符号 如前所述是电路接点来连通。
图9是本发明的过桥印制板，它是把电器和仪表元件焊接在过桥印制板的线条上，再由连线上的金属化孔与万能电路魔板上的金属化孔通过插针的插入相连接。图中只是电池(E)、电流表(A)、电压表(V)和电阻(R)器件的举例，还有电容、电感和其他电器等等元器件皆可仿此，不一一例举。这说明本发明的电路魔板，不仅限于电子电路电路的实验，还可作电工、电机传动与控制等实验和演示，它是名符其实的万能电路魔板。
用函数发生器(如ICL8038或MAX038)元件。可产生与市电交流电源网隔开，全低电压的方波、三角波和正弦波电源，而且频率范围很宽，如MAX038的频率范围是0.1HZ-20MHZ，再利用电子技术获得低压三相正弦波，采用低压、低功耗和微型电机与电器，且因低压和低功耗，价格也低。例如电机方面有低压、低功耗微型直流电机和交流电机，且在电机拖动实验中，转矩、功率和能耗等测试，也会因在低压和低功率中有所简便，例如恒功率调速、恒转矩调速、变频调速、步进传动、电轴传动和琐相传动等等技术皆因低压低功耗和微型电机的特点而简便。电器开关也是应有皆有，如霍尔、电感、电容及磁敏等等低压、低功耗微型的无触点开关，以及低压、低功耗微型的液晶显示器件等等，可全部在电池供电的安全低压下，实验或演示电子、电工、电机传动及控制等各项实验和演示。(若用市电低压下也可保证安全)保证无教师在旁指导下的操作安全，即使插针插错了有自动断电保护和告警显示，无触电伤害人身安全危险。这就可以把学校室验室内的各项电的实验般回家，让所有初学者或有兴趣的爱好者，在家内自行安排，由模仿到创新。由于所有元器件的低压和低功耗，其价格必然低廉，能为现在家庭许可收入所能接受的价格，其价格也只相当于目前流行的语言复读机。这符合网上教学或家庭教学的需要。
随着电路印制板技术的飞速发展，特别是电脑技术制板有Prter软件，其最大可编制100英寸×100英寸电路板，分辨率高达0.001miI(1miI-0.001英寸)；元件、导线、焊点等图件可平滑地旋转，旋转角度最小为0.001°；可产生Excellon格式元件数控钻孔文件(NC Drll)；有数控钻孔文件由数控机床的加工。这样，印制电路板的加工过程全部计算机化，使原有手工制板工艺变得非常简单方便，更改容易。在线条宽度、线条间距、线条上金属孔径、孔径工艺、孔距等重复精度以及批量成品的一致性，都能保证其高精度，目前已能达到⊥0.01～⊥0.001(mm)，而且印制板的制造技术仍在发展中。所有这些都是本发明优于现有面包板，要改变现有面包板的孔径、孔距和线条走向的改变，受模具制作所限至是不可能的。而在本发明中所有更改都是简易可行，只要通过电脑键盘改变一下图形即可，且周期短，成本低。
图10本发明用电子元件举例说明万能电路魔板的系统框图。图中G是由晶振等元件组成有多种频率输出的脉冲源，(详见图11的一种举例)HD1、HD2、HD3、HD4、HD5和HD6是LTS547RF数码管，HL1、HL2、HL3、HL4和HL5是由LED发光管、音响及微型电机等输出显示装置，PU1、PU2、PU3、PU4和PU5是由计数与译码驱动元件组成5位半计数系统，AS1、AS2、AS3和AS4是由分立元件二级管和三极管等组成门电路(如图12的一种举例)，WZb1、WZb2和WZb3是如图3所示的一种电路实验板，配上4000系列的CMOS集成元件和上面的计数显示元件可演示各种数字电路，SR/SC是由4066组成可变数控电阻或电容网络，EP是控制短路时自动断电保护和告警显示的电源部分，PLD是由分立元件和D型触发器组可编程逻辑器件。
图11是由晶振、二极管、4520和4069等元件组成有多种频率输出脉冲源一种举例。图中用32768HZ晶振(B)、电阻(R)、电容(C)和4069组成振荡脉冲输出，经两个4520元件的16级分频为32768HZ…1HZ…等频率的脉冲输出，图中X坐标和Y坐标分别用英文字母A、B、C…为十位数，数字1、2、3…为个位数，例如用插针插入坐标(A1,A7)点简称插(A1A7)，(上述简称下同，不再说明)4520为双4位二进制同步计数器，每一片4520已固定焊接好串行级联的8位二进制计数器，两个4520芯片可串行级联共16位，或分别使用两个8位，为区别两个芯片，分别用1CP和2CP、1Cr和2Cr…表示两个芯片的脉冲输出和复位端…。例如用位16分频，应插(A2A4)、(B4A4)(1Cr和2Cr共地端)，插(A3,A3)(1EN接VD端)、插(B1A6)(2EN按1Q8)插(A1A7)(1CP与晶振输出相连)，插(B2A7)(2CP接地)，选用1HZ，可插(C2B0)或(C2B1)…或(C2B4)五点经X方向或Y方向连线外引至所需点，又例如需用10HZ，可插(A3A3)、(B1A6)、(A1A7)、(B2A7)、(B3A2)、(B9A2)、(C1A2)、(C6A2)、(C8B0)、(B5B0)和(A3B0)，并由(C8B1)…或C8B4四点径X方向或Y方向连成外引至所需点。还有两个8位分频等多种用法不一一例举。因图面所限，图中一些无须说明的常用元件未标注符号和说明(下同，不再说明)。
图12是本发明分立元件组成门电路的举例，图12(a)中是由四个二级管和两只电阻组成四输入端的与门电路，也可组成四输入端或门电路，其中VD和VS分别是电源正端和接地端，按图12(b)插入插针后为四输入端与门电路，按图12(c)插入插针后为四输入端的或门电路，按图12(d)插入插针，后为三输入端的与门电路，依次类推尚可为二输入门电路，又若再加上一个三极管可得与非及或非门电路等。
图13本发明由、HD1、HL1、HD2、PU1、AS1和PU2组成计数译码驱动显示和控制单元应用举例。图中HD1和HD2是LTS547RF数码管与限流电阻组成，PU1和PU2是由4511、4510和二极管与三极管组成门电路、计数、译码和驱动单元，AS1和HL1是由二极管、三极管的门电路、SQ1的霍尔开关，SA1按钮开关，XS1插座(可外接电机和音响等)和三极管驱动的发光二极管L1～L5所组成，L0也是由三极管驱动的发光二极管；在AS2、AS3和AS4中除有上述相关元件外，尚有不同的温控，声控、磁控拨码开关、光电开关电感与电容接近开关、干簧管、气敏、热敏等传感器控制元件，不一一例举。
图14本发明由二极管、三极管和D型触发器组成的可编程逻辑器件PLD的举例。T1-T4 4只三极管组成反相器，正向输出A1-A4，反向输出A1-A4,D1-D4、D5-D8、D9-D12和D13-D16,16只二极管组成4组四输入端的“与”或“或”门电路，其输出分别为Z1-Z4,供四D型触发器4042的D1-D4输入，四D型触发器的输出分别为Q1-Q4和反向输出可直接输出和反馈至双层印制板上的横向和纵向线条组成阵列，由插针插入线条上金属化孔中选用，上述Z1-Z4又经T5-T8三极管的反相输出Z1-Z4，皆可直接输出，4042的CP端和极性选择POL湍，通过上述阵列外引和用插针插入金属化孔内选用。这既类似于可偏程逻辑器件，PAL14L4逻辑图又类似于可编程逻辑器件PAL16R4逻辑图。
图15本发明由电子开关(如4066)组成可变数控电阻网络和可变数控网络SR/SC单元举例。用开关元件(如4066)组成数控电阻网络或数控电容网络是一项已知技术，但用本发明的电路实验板可使电阻或电容的变化范围很宽，且灵活多变的通用，图中4066上侧有四组电阻，每级有4个电阻(或更多)，4066下侧有四组电容，每组有4个电容(或更多)，可单独使用或并联组合使用，电阻组加有一组电容，电容组加有一组电阻，可灵活选用，用作RC的微分或积分环节，AA、BB、CC、DD端为、4066控制端，分别插或不插(A2B1)、(A2B2)、(A2B3)、和(A2B4)来控制开关闭合或断开。插(A3B6)、(A4B6)、(A5B6)、(A6B6)、(A7B6)、(A8B6)、(A9B6)和(B0B5)，并由(A1B6)和(B3B5)两端外引，这是已知技术中的数控电阻网络，若再插(A3B8)、(A4B8)、(A5B8)、(A6B8)、(A7B8)、(A8B8)、(A9B8)和(B0B8)后，并联上一组4只电阻，改变了上述阻值，其他依此类推，若再插上(B0B6)，这便组成电阻与电容相串，又若再插上(B1B9)和(B2B9)，后又并联上一个电容。如此等等类推不一例举。这种多次插练，再配上相应电阻和电容变化的指示(如配上振荡电路或单稳态电路振荡频率或延迟时间)等。会使初学者对串联、并联和混联电路有熟练的掌握和深刻的理解。插练多了自会悟出创新的电路。这也是本发明的一种举例。
图16本发明由555和继电器组成插错短路保护自动断电保护和告警显示EP单元的举例。图中由555元件，起动按钮AS0、继电器K红色发光二极管L和电池E所组成。其中电池E为4×5V或5×12V5号电池。此处所述电压只选一种举例，对于CMOS元件的电源电压可在3V～18V范围内，就安全低压而言，尚可用到24V，以适应电工和电气控制方面的使用，选用电池或市电供电，也可根据使用对象由用户选择，如此等等。皆因篇幅和图面所限不便详述和例举。
上述各图的印制板是按2∶1比例绘制，因两层印制板图形和元件等标注同在一面，且为单位色制图，现有绘图软件难能由电脑绘制清楚，只好手工制作，能简化和省略的一些标注详述，好在这些都是用来举例说明本发明的万能性，实际电脑制板时，至少由三张或多张图面来表达与详述，而且比例还可加大。
本发明的应用举例，本发电的电路和皆为常用或典型的基础电路，其元件参数无须详述。
以下只举例简要说明本发明一些电路的插法。在图13中HD1和PU1单元中演示数字元件(如4511和4510)基本功能，先从插座上取下4510元件，演示4511元件，其7笔段(a、b、c、d、e、f、g)的演示在HD6单元中。灯测试端LT，插(B6C9)正常显示，不插(B6C9)，显示数8，其它输入无反应，用来检验数码管是否正常。消隐端BI，插(B6D0)，正常显示，不插(B6D0)，无字形显示；锁存端LE，插(C4C5)，显示数字被锁存，再输入计数无反应，不插(C4C5)，正常计数显示，上述三端按正常计数显示要求，插(B6C9)和(B6D0)，以下不再重述；BCD码，A、B、C、D为四位二进制(0000)计数输入时，a、b、c、d、e、f、g为7笔段译码为十进制输出显示，显示为0，插(C2C4)(0001)显示1，插(C1C4)(0010)显示2，插(B8C4)(0100)显示4，插(B7C4)(1000)显示8。当输入数超过十进敷9(1001)时，显示字形自形消隐，例如插(B7C4)、(B8C4)、(C1C4)和(C2C4)或插(B7C4)和(B8C4)、或插(B7C4)和(B8C4)等时无字形显示。插上4510元件进行计数功能演示；置数数字为6插(B9B3)和(C0B3)(0110)，若用按钮SA1控制，插(B0A8)和(B348)后按一下SA1即可，又若用霍尔开关SQ1控制，插(B2A8)，用磁钢接近SQ1一次即可；若置数字9，插(B8B3)、和(C1B0)(1001)其余控制方法同上，其他数字依次类推的演示直至理解熟记。清零数字为0，按钮控制，插(B0B8)和(B3B1)，霍尔开关控制，插(B2B1)，控制操作方法同上。十进制加计数，插(C2B3)、手控输入时，若按钮控制输入插(B0A8)和(B3A9)，若用霍尔开关控制插(B2A9)，计数输入方法同上；减计数不插(C2B3)，其余同上。两位十进制的加计数，在上述基础上，添插(A8B3)、(C3B5)、(A9B5)、(B7B4)、(A3B4)和(B0A6)，控制与操作方法同上，减计数时，不插(B2B3)和(A8B3)，其余同上。自动计数输入控制是由G单元输出所需频率信号，由(C4B5)或(C4B0)点引入，因图面所限不便详述，如二进制、八进制、十六进制、六十进制及多位计数等等皆可由此板演示和实验。
本发明人有多项发明(如ZL86106558.1和ZL86106551.4等)皆因大环境的市场所限，这才有了这种面向千家万户百姓家庭的本发明。
权利要求
1 一种万能电路魔板，有电路实验板和电路元件所组成，其特征在于电路实验板(为便于具体说明，以下用电子电路为例)，它是由双层相同大小单面(或双面)印制电路板(以下简称印制板)和电路元件插座(如集成元件插座，以下简称插座)和插针所组成，插座是焊接在上下两层相互隔开相互绝缘固定在一起的印制板金属化孔内，在插座的横向中心线为中心的上下两侧，下层印制板(或上层印制板)上敷印有平行于插座横向中心线的横向线条，上层印制板(或下层印制板)上敷印有垂直于插座横向中心的纵向线条，横向和纵向的相邻线条中心线间距离，相同于集成件的两个相邻插脚中心向距离为2.54mm，横向和纵向线条宽度，由连接两点间所通的电流来选定，常用0.30mm或更宽，在每根线条上，每间隔2.54mm(相同于集成件的两个相邻插脚中心距离)处，有一个上下两层印制板相互对应相同孔径的金属化孔，孔径大小决定于插针的直径，例如0.60mm-0.80mm，上层印制板上的纵向线条与插座的插脚和金属化孔的焊接相连，插针可选用相同于线条上金属化孔径的大头针或其他导电的金属针，这便是本发明一种电路实验板的举侧；电路元件有电子、电器、电机及仪表等元件，在本发明电路实验板上所配的电路元件，对电路功能固定不变化的部分，直接焊接在双层印制板固定不变，而对电路功能有多种状态变化的电路连接点，用插针的插入或不插入改变电路的连接状态，达到不同电路功能的实验或演示，插练方法是按照电路给定的X坐标点号数和Y坐标坐标点数，对号入座的插入插针这到给定电路的功能实验或演示，所有实验和演示都有结果正确或不正确的显示。
2 按权利要求1所述的万能电路魔板，其特征在于电路实验板，以插座中心线上下侧排列的横向线条和纵向线条可相同排列，也可不同或偏向一侧的排列。其两层印制板对应、重叠的线条排列的第一种举例是偏向于插座的上方(也可下方)，其第二种形式举例，线条排列是上下对称于集成件，插座上方有下方插座的引线，插座下方有上方插座的引线，上方线条与下方线条引线，或下方线条与上方线条引线相联或不联，由上层印制板上级向线条与下层印制板上纵向线条交点的金属化孔是否插入插针来控制，又如第三种形式举例，线条排列和孔距是适合电工仪表和电器元件外引端点间距大的特点，并添加了过桥印制板，把电工仪表和电器元件焊接在过桥印制板的线条上，并由连线上的金属化孔与电路印制板通过插针的插入相连，印制板上线条的排列方式、线条数量、线条走向，线条是直线或折线或曲线、线条宽度、相邻线条之间的间距、线条上排列的金属化孔的孔径和孔距，皆可根据电路的要求，更改印制板，满足电子、电工、电机传动和控制实验与演示。还可用二层以上的多层印制板技术满足本发明的持续发展要求，如工艺简便，合二为一等。
3 按权利要求1所述的万能电路魔板，其特征在于电路实验板可替代现有集成元件电路实验板(俗称面包板)，本发明的两层印制电路板中，上层(或下层)印制板上横向线条及线条上金属化孔与其相同直径的插针替代了，现有面包板所用的导线两头焊有专用插头的连线，下层(或上层)印制板上的纵向线条及线条上金属化孔替代了，现有面包板上纵向排列多孔插座，且本电路实验板优于现有面包板。
4 按权利要求1所述的万能电路魔板，其特征在于电路元件用函数发生器(如ICL8038或MAX038)元件，可产生与市电交流电源网隔开，全低电压的方波、三角波和正弦波电源，而且频率范围很宽如MAX038频率范围是0.1HZ-20MHZ，再利用电子技术获得低压三相正弦波，采用低压、低功耗微型电机与电器，且因体积微型化、低压和低功耗、价格也低，例如电机方面用低压、低功耗微型直流电机和交流电机，且在电机拖动实验中，转矩、功率和能耗等等测试，也会因在低压和低功率中有所简便，例如恒功率调速，恒转矩调速、变频调速。步进传动、电轴传动和琐相传动等技术皆因低压、低功耗和微型电机的的特点而简便，电器开关也是应有皆有，如霍尔、电感、电容及磁敏等等低压、低压功耗微型无触点开关，以及低压、低功耗微型的液晶显示器件等等，可全部在电池供电的安全低压下实验或演示电子、电工、电机传动及控制等各项实验。若用市电低压下也可保证安全，保证在无教师在旁指导下的操作安全，即使插针插错了有自动断电保护和告警显示，无触电伤害人身安全危险。
5 按权利要求1所述的万能电路魔板，其特征在于用电子元件举例说明万能电路魔板的系统，系统中有晶振、门电路与计数元件组成多种频率输出的脉冲源；数码管、LED发光二板管、音响与微型电机等输出显示装置；计数与译码驱动元件的计数系统；分立元件二极管及三极管组成门电路；电路实验板与所配的4000系列CMOS元件；多组电阻、电容和电子开关(如4066)组成可变数控电阻网络和可变数控电容网络；插错短路时自动断电保护和告警显示的电源；由分立元件与D型触发器的可编程逻辑器件。
6 按权利要求1和5所述的万能电路魔板，其特征由四个二极管和两只电阻组成四输入端与门电路，也可组成四输入端或门电路，改变插针的插或不插，还可组成三输入端或二输入端的门电路。
7 按权利要求1和5所述的万能电路魔板，其特征计数、译码驱动、显示和控制单元，有计数译码与驱动部分(如4510和4511)、二极管与三极管的门电路、外接电机和音响的插座、按钮开关、拨码开关、霍尔开关、干簧管、光电开关， 电感与电容接近开关，磁敏开关、温控、声控、热敏、气敏等传感器所组成。
8 按权利要求1和5所述的万能魔板，其特征由二极管、三极管和D型触发器组成可编程逻辑器件PLD的举例中，4只三极管组成反相器，正向输出A1-A4，反向输出A1-A4,16只二极管组成4组四输入端的“与”或“或”门电路，其输出分别为Z1-Z4，供四D型触发器4042的四个D端输入，四D型触发器分别有正向输出Q1-Q4和反相输出Q1-Q4，可直接输出和反馈至双层印制板上的横向和纵向线条组成阵列，由插针插入线条上金属化孔中选用，上述门电路的输出径三极管反相输出，皆可直接输出，4042的CP端和极性选择POL端通过上述陈列和用插针插入金属化孔内选用。这既类似于可编程逻辑器PAL14L4逻辑图，又类似于可编程逻辑器件PAL16R4逻辑图。
9 按权利要求1和5所述的万能电路魔板，其特征由电子开关(如4066)、四组电阻和四组电容组成，在4066上侧是四组电阻，每组有4个电阻(或更多)，可单独使用或并联组合使用，4066下侧是四组电容，每组电容有4个电容(或更多)，可单独使用或并联组合使用，电阻组加有一组电容，电容组加有一组电阻，可灵活选用，作RC微分或节分环节。
10 按权利要求1和5所述的万能电路魔板，其特征由555元件，起动按钮、继电器和红色发光二极管和电源(如电池)组成插错短路自动断电保护和告警显示。
全文摘要
本发明多功能电路板由电路实验板和电路元件组成。为学习电子、电工、电机传动和控制技术,提供理论和实践联为一体的教具。无需教师指导,只需按电路给的坐标点号数,对号插入插针。由浅入深,由模仿到创新。一步一趋的深入本学科领域。本发明适合人人动手,老少适宜。21世纪是数字时代,数字技术是人们谋生必备技能,本发明的问世正逢其时,把在校集中进行的理论教学和实验,搬回家中自行酌情安排。边学边动手,一板一眼的领悟,与日俱增,终至顶峰。寓教于乐,既是教具,又是益智玩具,如同数点子下跳棋,步步入胜。符合素质教育、家庭教学和网上教学之需。
文档编号G09B23/00GK1304121SQ9912490
公开日2001年7月18日 申请日期1999年12月2日 优先权日1999年12月2日
发明者王祖斌, 王争, 王干 申请人:王祖斌