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Praktische Elektronik


Der Amateur baut einzelne elektronische Schaltungen am besten auf einer Lochrasterplatine auf


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Praktikum

Aufbau von Schaltungen

Inhalt

Aufbau auf Lochrasterplatinen

Einfachen Logiktester aufbauen


Aufbau auf Lochrasterplatinen

Für den Amateur stellt sich immer wieder die Frage, wie er seine elektronischen Schaltungen aufbaut. Die beste Lösung wäre eine gedruckte Schaltung herzustellen. Das ist sehr aufwändig und lohnt sich für Einzelstücke in der Regel nicht. Hier soll diese Alternative nicht diskutiert werden, sondern auf https://www.mikrocontroller.net/articles/Hauptseite#Platinen verwiesen werden.

Erste Tips

Anfänger sollten das Praktikum Löten für Anfänger durchführen.

Ein weiteres Beispiel für Lötanfänger ist in Einfachen Logiktester aufbauen.

Die 80-20-Regel

Diese Regel wendet sich gegen die Perfektionisten, die nie fertig werden.

  • 100 Punkte sind perfekt.
  • 80 Punkte sind gut (nicht nur ausreichend oder befriedigend).
  • 80 Punkte erreicht man in 20% der Zeit für die perfekten 100.
  • Um etwas Perfektes zu erstellen, braucht man die fünffache Zeit wie für etwas Gutes.

Platinen

Es gibt eine ganze Reihe von Lochrasterplatinen. Wir verstehen unter Lochrasterplatinen solche, die mit Lötinseln versehen sind.

Wir verwenden am Lochrasterplatinen

  • mit 2,54mm Raster,
  • aus Epoxid,
  • auf einer Seite möglichst mit quadratischen und verzinnten Lötinseln.
  • Durchkontaktierte Lötinseln halten besser, sind aber auf dünne Anschlüsse beschränkt.

Layout

Das Layout von Schaltungen auf Lochrasterplatinen sollte/muss entworfen werden.

  • möglichst nur einseitiges Layout.
  • Leitungen auf der Bestückungsseite möglichst nicht über Bauelemente führen
  • Das Layout kann gut mit einem CAD-Programm wie z.B. eagle erstellt werden.
  • Die Leitungen auf der Bestückungsseite werden als top dargestellt.
  • Bilder von dem Layout erstellen.
  • In das Layout sehr dünne Linien einzeichnen, die das Raster darstellen. Sie erleichtern das Zählen der Lötpunkte.
  • Von dem Layout ein Bild erstellen, dass die Unterseite darstellt (spiegeln und rotieren).
    Unter Linux mit ImageMagick:
       convert $image_file -flop -rotate 180 $flop_file

Verbindungen

Beim Erstelle der Verbindungen

  • schnell löten, die Lötinseln lösen sich leicht
  • auf der Lötseite mit versilbertem Kupferdraht von 0,3mm
  • Draht mit 0,6mm ist geeignet, aber nicht so gut zu verarbeiten
  • der Draht wird an einigen Lötpunkten mit wenig Lot befestigt
  • auf der Bestückungsseite mit isoliertem Draht oder Kupferlackdraht

SMD-Bauelemente

  • dreibeinige SMD-Bauelemente
  • lassen sich auf vier Lötpunkte oder
  • diagonal über Eck auf drei Lötpunkte setzen
  • Adapter für SMD-Bauelemente

Aufbau der Schaltung

Arten des Aufbaus von Schaltungen

Wir bauen Schaltungen als Einzelstücke, Prototypen auf. Da können wir nicht wie in der Serienfertigung vorgehen.

Es gibt im Wesentlichen zwei Arten, wie Einzelstücke aufgebaut werden:

  • Die Big-Bäng-Technik und die
  • evolutionäre Technik.

Big-Bäng-Technik

Die Schaltung wird in einem Zuge aufgebaut. Man macht ja keine Fehler.

1.
Alle Leiterbahnen verlegen
2.
Alle Bauelemente einbauen
3.
Schaltung testen
4.
Fehler mit viel Aufwand korrigieren

Diese Technik hat den Vorteil, dass man nicht nachdenken muss.
Na ja, die Bauelemente können einfach nach ihrer Höhe eingebaut werden.

Big-Bäng-Technik ist für die ganz harten Elektroniker.

Evolutionäre Technik

Wir sind uns bewusst, dass irren menschlich ist.

1.
Ein Teil der Schaltung wird aufgebaut.
Oft ist es am besten, mit der Stromversorgung zu beginnen.
2.
Vor dem Aufbau der Teilschaltung entscheiden ob
a)
Leitungen vor Bauelementen oder
b)
Bauelemente vor Leitungen aufgebaut werden.
3.
Leitungen und Bauelemente verlegen und einbauen.
4.
Die Teilschaltung wird geprüft.
5.
Eventuelle Fehler werden korrigiert.
Es kann auch das Layout korrigiert werden (deshalb evolutionär).
6.
Ein weiterer Teil der Schaltung wird ausgewählt und nach 2. gegangen.
7.
Bis die Schaltung fertig ist.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass Fehler frühzeitig entdeckt und relativ einfach korrigiert werden können.
Dafür müssen flache Bauelemente auch nach hohen eingebaut werden.

Fehler, die passieren

Wir können uns beim Aufbau einer Schaltung an vielen Stellen irren, wie beispielsweise:

  • Das Layout ist fehlerhaft.
  • Die Größe von Bauelementen stimmt nicht.
  • Fehler beim Auszählen der Lötpunkte.
  • Die falsche Sicht (Bauteil- oder Lötseite) wurde gewählt.
  • Irrtum bei der Spiegelung von der Bauteil- auf die Lötseite.
  • Bauteil beim Einbau falsch platziert.
  • Falsches Bauteil eingesetzt.

Pragmatische Maßnahmen für Nicht-Perfektionisten

  • Die Leitungsführung sollte leicht änderbar sein.
  • Die Leiterplatte wird nach und nach aufgebaut und Änderungen am Layout und der Schaltung sind möglich (evolutionär).

Folgende Abweichungen der Vorgehensweise von Bernhard Redemann Löten mit Lochrasterplatinen können in Betracht gezogen werden:

  • Keine Halbösen an den Enden der Leitungen. Sie erschweren das Entfernen des Drahtes.
  • Der Draht wird soeben auf die Lötfläche geführt, sollte das Loch aber nicht verdecken.
  • Die Lötanschlüsse der Bauelemente werden nicht umgebogen:
  • die Bauelemente werden auf der Oberseite mit einem Schwamm an die Platinen gedrückt, der z.B. mit einem Gummiband befestigt ist. (Vermeidet heiße Finger).
    Die hitzebeständigen Schwämme für Zinnabstreifer von Lötkolben sind gut geeignet.
  • Bauelemente ausrichten

LEDs, Pinheads und Buchsen müssen meistens ausgerichtet werden.

  • Bauelement einsetzen und an einem Pin anlöten,
  • dann Lötstelle kurz erhitzen und Bauelement ausrichten und
  • das ausgerichtete Bauelement an einem weiteren Pin festlöten.
  • Bauelemente zuerst einsetzen:
  • Ein Bauelement wird an einem oder zwei Pins angeheftet
  • Wenn eine Leitung verlegt werden soll,
  • wird zunächst der Draht gerade gezogen,
  • dann wird ein Pin angelötet,
  • der 0,3mm Draht an den Pin gelötet,
  • der Draht wird bis zum nächsten Knickpunkt gezogen und mit einer Pinzette gebogen und
  • der Draht auf dem Knickpunkt angelötet, wenn dort später kein Bauelement eingesetzt werden soll.
    Sonst wird ein Lötpunkt vor oder hinter dem Knick verwendet.
  • Am Ende wird der Draht bis soeben auf den Lötpunkt geführt.
    Das Loch sollte frei bleiben.
    Der Draht wird auf dem Lötpunkt vor dem letzten Lötpunkt angelötet.
  • Wenn sich in einem Lötpunkt ein Bauelement befindet wird es angelötet.
  • Einen nicht zu heißen Lötkolben verwenden.

Die Lötpunkte lösen sich leicht bei hoher Temperatur der Lötspitze. Das ist vor allem beim Entlöten zu beobachten.

  • ein Löttemperatur von 310°C (für bleihaltiges Lot) verwenden
  • eine breite Lötspitze (1,6mm) verwenden
  • möglichst schnell Löten
  • Lötflöhe suchen

Lötflöhe sind eine Spezies, die nicht im Zirkus vorkommen, sondern in Schaltungen Ärger bereiten.
Es sind jene kleinen Zinnkügelchen, die sich auf Platinen verstecken.
Dagegen hilft nur:

  • Die Platine mit der Lupe sorgfältig inspizieren.
  • Die Platine vorsichtig auf einer halb-weichen Unterlage ausklopfen.
  • Die Platine mit einer halb-weichen (Messing-) Bürste reinigen.

80-20

  • Eine perfekte Platine muss nach jedem Fehler neu aufgebaut werden, vermutlich fünf mal. ;-)
  • Die Lötseite kann man als Kunstobjekt ausstellen.
  • Selbst dann, wenn die Schaltung nicht funktioniert.
  • Die Alternative ist eine funktionierende Schaltung, die in einem Gehäuse verkümmert.

Epilog

Das 80-20-Prinzip geht auf Vilfredo Pareto zurück, der dieses Verhältnis durch statistische Untersuchungen feststellte. Es ist eine gute Faust- Regel. Nicht mehr und nicht weniger und weder ein Prinzip noch ein Gesetz.

Die hier vorgestellten Regeln, sollen den pragmatischen Blick auf das Wesentliche lenken und auf aufwändige Rüschen aufmerksam machen.