Einfachen Logiktester aufbauen
Module
Module sind einfache Schaltungen, die häufig benötigt werden. Module sind kleine Schaltungen/Geräte, die mit Stiften in Steckboards gesetzt werden können.
Module sollten auf durchkontaktierten Lochrasterplatinen aufgebaut werden, weil die Stifte dann leicht auf der Unterseite eingebaut werden können.
Im Projekt Einfacher Logiktester wurde eine Schaltung vorgestellt, die vier einfache LogikTester beschreibt. Sie sollen als kleines Steckmodul erstellt werden, das einfach auf ein Steckboard gesetzt wird. Die Schaltung ist in Einfaches Logiktester-Modul inklusive Stückliste beschrieben.
Werkzeug
Wir brauchen eine Feinsäge und eine Feile, um die Platine zurechtzuschneiden.
Die Grundausstattung Löten enthält alles, was wir zum Löten benötigen. Der mit Abstand teuerste Posten dieser Grundausstattung ist die benötigte Lötstation. Für Einsteiger ist es deshalb eine gute Idee, sich für die ersten Versuche eine Lötstation auszuleihen.
Den Tester aufbauen
Die Platine schneiden
Die Platine wird einfach mit einer Fein- oder Laubsäge entlang einer Lochreihe gesägt. Anschließend wird der Rand mit einer Feile geglättet.
Vor dem Löten werden die Lötinseln mit Spiritus gereinigt und danach nicht mehr mit den Fingern berührt.
Die Bauelemente vorbereiten
Die Widerstände werden auf das Rastermaß von 7,62mm gebogen. Das sind zwei Löcher zwischen den Beinen. Die Drähte werden auf etwa 1cm abgeschnitten. Niemals die Drähte so, wie sie vom Gurt kommen, in die Platine stecken. Der Kleber des Gurtes kann die Lötaugen verschmutzen.
Die Drähte der LEDs werden auf 15mm und 17mm gekürzt. Dabei ist darauf zu achten, dass einer der beiden Drähte länger bleibt. Die 15mm sind wichtig, weil die LEDs mindestens 5mm über der Platine stehen sollen.
Die Lötstifte werden einfach von der Stiftleiste abgebrochen. Bei einer durchkontaktierten Lochrasterplatine werden die Lötstifte von der Unterseite eingebaut und auf der Oberseite verlötet.
Wenn eine einseitige Lochrasterplatine verwendet wird, werden die Lötstifte mit den Beinen nach unten eingelötet, und der kurze Stift, der aus dem Kunststoffrahmen herausragt, wird nicht benötigt. Er wird einfach in den Kunststoffrahmen gedrückt.
Layout der Platine
Die Vorlage für die Platine muss sorgfältig erstellt werden. Sie enthält
- die Lage der Bauelemente,
- die Verbindungen und
- Beschreibungen.
Die Platine wird entsprechend dieser Vorlage aufgebaut.
- Eine Darstellung zeigt die Verbindungen von oben auf die Oberseite.
- Die Ansicht von der Unterseite ist gedreht.
Dieses führt immer wieder zu Fehlern beim Aufbau.
Die Leiterbahnen auf der Unterseite sind grün dargestellt. Sie werden sozusagen mit Röntgenaugen von oben betrachtet.
Die Bilder 3 und 4 zeigen, dass die Stifte von der Unterseite eingebaut werden. Die Darstellung bezieht sich auf eine durchkontaktierte Lochrasterplatine.
Wer noch nie gelötet hat, sollte zunächst die Praktika Löten für Einsteiger und Aufbau auf Lochrasterplatinen durcharbeiten. Die Platine aufbauen
Unsere Vorgehensweise
ist iterativ:
- Wir bauen nach und nach auf,
- testen und
- korrigieren
Wir wenden natürlich die iterative Vorgehensweise an. Aber die Schaltung ist so einfach, dass wir fast Big-Bang anwenden. Aber nicht ganz. Trotz aller Sorgfalt kann es uns passieren, dass wir die LEDs falsch einbauen. Deshalb bauen wir nach und nach nur eine LED ein und prüfen die Schaltung.
Wir beginnen mit dem Verlegen der Verbindungen und bauen dann die Widerstände und LEDs ein. Die Lötstifte werden erst ganz zum Schluss eingebaut.
1. Verbindungen erstellen
Wir betrachten die Platine von der Unterseite, wie in Bild 4 gezeigt.
Wir verlegen die langen Drähte. Beginnen wir mit dem oberen Draht (U+). An den beiden Enden der Verbindung befinden sich Lötstifte. Wenn wir später die Lötstifte einsetzen wollen, dürfen wir den Draht nicht an den Lötinseln der Stifte anlöten.
Die Platine wird mit der Unterseite nach oben von einem Platinenhalter mit Krokodilklemmen gehalten.
Wir ziehen etwa 10cm des Silberdrahts (versilberter Kupferdraht, ⌀ 0.3mm) glatt und gerade.
Der Draht darf nicht mit Fett in Berührung kommen.
Wir können ein sauberes Tuch oder eine Zange benutzen.
Mit den Fingern geht es besser, aber wir müssen darauf achten, dass sie fettfrei sind, also die Hände mit Seife waschen.
Und jetzt kommt das Problem: Zum Löten brauchen wir drei Hände:
- eine, um den Lötkolben zu halten
- eine für den Lötdraht und
- eine, um den Draht festzuhalten.
Wir entscheiden uns für eine brutale, schnelle Methode.
Die Lötinsel links neben dem Lötstift oben rechts wird ganz leicht verzinnt.
- Wir haben Glück. Obwohl wir auf der Unterseite löten und dort die Orientierung gedreht ist, können wir uns nicht versehen, weil die Verbindung symmetrisch ist.
- Wir schauen auf die Unterseite und meinen links und rechts auf der Unterseite.
- Die kleinen Lötinseln werden schnell heiß. Wir halten einfach die Lötspitze auf die Lötinsel und geben ein wenig Lot dazu. Das ganze muss schnell gehen, ein, zwei Sekunden.
Der Draht ist noch nicht gekürzt. Dann halten wir den Draht über die Reihe. Der Draht liegt rechts auf der verzinnten Lötinsel. Wir erhitzen den Draht auf der verzinnten Lötinsel. Der Draht ist jetzt fixiert, aber noch nicht richtig verlötet.
Wir führen den Draht nach links und löten ihn in der Mitte der Verbindung an. Dann schneiden wir den Draht so ab, dass das Ende auf der Lötinsel rechts vom linken Stift liegt. Hier kann er nun leicht angelötet werden.
Wir hätten den Draht auch gleich am Anfang kürzen können, aber dann hätten wir ihn umständlich mit der Pinzette halten müssen.
Genauso verfahren wir mit der Verbindung unten (U-).
Die Verbindung oben unter den Widerständen wird auf ähnliche Weise hergestellt. Wir verzinnen die zweite Lötinsel von oben rechts. Der Draht wird auf der Lötinsel fixiert und nach links gezogen. Dann wird er auf den Lötpunkt rechts vor dem Knick gelötet. Der Draht wird noch in der Mitte verlötet. Der Knick wird mit einer Pinzette an der vorgesehenen Stelle positioniert. Der Knick wird angelötet. Der Draht wird noch in der Mitte der Verbindung angelötet, am Ende gekürzt und angelötet.
Wir haben alle Drähte verlegt.
Die restlichen Verbindungen werden wir später als Lötbrücken herstellen.
2. Widerstände einsetzen und verlöten
Mit den Widerständen können wir nichts falsch machen, da wir nur 1kΩ Werte verwenden, aber wir müssen auf die Position achten.
Wir setzen den Widerstand R8 von der Oberseite ganz rechts in die Platine ein. Auf der Unterseite werden die Drähte nicht umgebogen. Der Widerstand wird mit einer Klammer gehalten.
Wir bauen Einzelstücke, Prototypen. Da können Fehler passieren. Wir müssen so bauen, dass wir später korrigieren können. Umgebogene Drähte verhindern, dass ein Bauelement später einfach wieder ausgelötet werden kann.
Die beiden Drähte werden verlötet. Wir kontrollieren, ob der Widerstand flach auf der Oberseite aufliegt. Durch kurzes Erhitzen einer Lötstelle und Andrücken des Bauteils kann die Lage noch korrigiert werden. Die überstehenden Drahtenden werden mit dem Seitenschneider entfernt. Hier wird deutlich, warum ein guter Elektronik-Seitenschneider verwendet werden sollte. Grobe Werkzeuge beschädigen die Lötstellen oder sogar die Platine. Möglicherweise müssen noch Lötstellen nachgelötet werden.
Der Widerstand R7 auf die gleiche Weise eingelötet.
Die beiden Widerstände müssen noch mit den bereits verlegten Leiterbahnen verbunden werden, R8 nach unten, R7 nach oben.
- Wir löten von der Unterseite: R8 liegt links und wird nach unten verbunden.
Das machen wir einfach durch eine Lötbrücke zwischen zwei Lötinseln. Zuerst werden die Lötinseln, die miteinander verbunden werden sollen, verzinnt. Nun erhitzen wir beide Lötstellen gleichzeitig, indem wir die Lötspitze dazwischen halten. Etwas Lot dazu und fertig.
Ebenso werden die beiden Widerstände unten mit einer Lötbrücke verbunden.
4. Erste LED einsetzen und verlöten
Die LEDs werden nicht bis auf die Leiterplatte eingesteckt, sondern ragen 5mm aus der Platine heraus. Bei den Do-LEDs können wir uns in der Anschlussrichtung irren. Also auf dem Steckboard ausprobieren (natürlich mit Vorwiderstand), welches Beinchen bei den Widerständen angeschlossen werden muss. Wenn die LED rot leuchtet, ist es das Bein der LED, das an +5V, U+ liegt, das Bein, das an die Widerstände, also auf der Platine nach oben angeschlossen werden muss.
- Sind die LEDs erst einmal eingebaut, ist eine Korrektur sehr aufwendig.
Da wir iterativ vorgehen, setzen wir nur die LED ganz rechts ein. Ihre Anschlussdrähte werden nach dem Löten noch nicht gekürzt.
Zunächst wird nur ein Anschlussdraht der LED angelötet.
Die Verbindung der LED mit den Widerständen wird mit einer Lötbrücke hergestellt.
Der zweite Anschluss wird noch nicht verlötet.
5. Erster Test
- Wir verbinden die obere Leiterbahn für U+ mit +5V und die untere für U- mit 0V. Das geht ganz gut mit Krokodilklemmen.
- Wir sollten eine elektronische Sicherung mit 25mA verwenden.
- Legen wir einen Draht von +5V an das noch nicht angeschlossene Bein der LED,
- sollte sie rot leuchten.
- Legen wir den Draht an 0V,
- sollte sie grün leuchten.
Wenn das nicht der Fall ist,
- überprüfen wir, ob alle Verbindungen richtig hergestellt wurden.
- Wenn die LED in der falschen Farbe leuchtet, müssen wir sie auslöten und umdrehen.
- Aus diesem Grund wurde der zweite Anschluss der LED nicht angelötet.
Meistens sitzen die LEDs nach dem Anlöten des ersten Beinchens nicht richtig. Wir erwärmen die Lötstelle kurz und korrigieren den Sitz der LED. Erst dann wird der zweite Anschluss angelötet.
- Alle weiteren Widerstände und LEDs werden auf diese Weise eingebaut.
6. Lötstifte einsetzen und verlöten
Die Lötstifte werden auf der Unterseite einsetzt und ragen dort heraus.
Wir beginnen mit den innen liegenden Lötstiften für die Messeingänge.
Ein Lötstift wird eingesetzt und fixiert. Das geht mit einer Klammer. Die Lötinsel auf der Oberseite muss aber frei sein. Der Stift wird verlötet. Danach wird die Lötbrücke zur LED auf der Oberseite hergestellt. Das ist gar nicht so einfach, denn das Gehäuse der LED darf nicht mit dem Lötkolben berührt werden.
Erst dann wird der Stift ausgerichtet. Er wird mit einer Zange oder einem Tuch gehalten, schnell erwärmt und ausgerichtet.
Bei U+ und U- werden die Verbindungen zu den Leiterbahnen auf der Oberseite hergestellt.
Den Logiktester in Betrieb nehmen
7. Inspektion des Aufbaus
Zuerst wird die Platine einer genauen Inspektion unterzogen:
- Sind die Verbindungen nach Plan verlegt?
- Sind alle Bauelemente nach Plan eingebaut.
- Stimmt die Orientierung der Bauelemente?
- Sind alle Lötverbindungen sauber ausgeführt?
- Gibt es ungewollte Verbindungen zwischen Lötpunkten?
- Gibt es ungewollte Verbindungen zwischen Lötpunkten und Leiterbahnen?
- Sind kleine Lötreste (Lötflöhe) auf der Platine?
8. Schaltung in Betrieb nehmen
Jetzt kommt der spannende Moment: Funktioniert die Schaltung?
Wir stecken die Platine in ein Steckboard. Das sollte ohne Probleme gehen oder wir haben die Lötstifte nicht gut ausgerichtet.
Als erstes schließen wir die Versorgungsspannung an die entsprechenden Bahnen des Steckboards. Wir gehen auf Nummer sicher und schalten eine elektronische Sicherung mit 25mA dazwischen.
Es darf keine LED leuchten und die elektronische Sicherung mit 25mA darf nicht auslösen.
Auf dem Steckboard wird der Eingang einer LED mit 0V bzw. U- verbunden. Die LED sollte grün leuchten.
Der Eingang wird mit +5V bzw. U+ verbunden. Dann sollte die LED rot leuchten.
Wenn ein Fehler auftritt, ist es bei dieser Schaltung meistens eine fehlerhafte Verbindung oder die Duo-LED ist falsch herum eingebaut.
Der Fehler wird korrigiert. Dazu müssen eventuell Bauteile ausgelötet und ersetzt werden oder sogar Leiterbahnen verändert werden. Unsere Vorgehensweise und Verbindungstechnik erleichtert diese Korrekturen.
Anschließend wird wieder geprüft.
