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Elektrik und Elektronik: Basiswissen

Platinen (gedruckte Schaltungen)

Es gibt mehrere unterschiedlich aufwendige Verfahren, um eine elektronische Schaltung aufzubauen. Diese werden nachfolgend beschrieben.

Bei den Adressen finden Sie Bezugsquellen (zum Beispiel Fremde Seite Conrad).

Eine „Bibliothek” von Bauteilen und Raster für Platinen im Europaformat (100 dpi Auflösung) finden Sie im Download–Bereich. Damit können Sie - ein Bildbearbeitungsprogramm und Erfahrung damit voraus gesetzt - Vorlagen für gedruckte Schaltungen erstellen (Registrierung erforderlich).

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„Fliegender Aufbau”

Bei kleinen Schaltungen und/oder sehr beschränkten Platzverhältnissen kann es sinnvoll oder nötig sein, die elektronischen Bauelemente „fliegend” zu verlöten (also ohne ein Trägermaterial wie eine Platine).

Ein fliegender Aufbau kann nötig werden, um Teile elektronischer Schaltungen in Modellbahn–Fahrzeugen unter zu bringen, so zum Beispiel einen Festspannungs–Regler für Konstantbeleuchtung.

Die einzelnen Teile werden so angeordnet, dass sie insgesamt eine möglichst kompakte (und passende) Form bilden und dass miteinander zu verbindende Teile möglichst nahe beieinander liegen. Statt Litzen wird Draht zur Verbindung genommen. Reichen die Anschlussdrähte der Bauteile nicht aus, müssen sie verlängert werden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass genug Luft zwischen den „fliegenden” Leitungen bleibt, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Nach dem Test auf Funktion sollten die Baugruppen mit etwas zähelastischem Klebstoff gesichert werden (zum Beispiel Pattex).

Wenn genug Platz zur Verfügung steht, sollte auch für kleine Aufgaben zumindest ein Stück Experimentier–Platine verwendet werden. Das Bild zeigt den Ausschnitt einer solchen Lochrasterkarte mit kupferkaschierten Lötaugen.

 

Probeplatinen

Hier ist ein Beispiel für das „Layout” einer elektronischen Schaltung abgebildet. Im Gegensatz zum Schaltplan sind die Bauteile nun an der richtigen Stelle und mit den richtigen Abständen der Anschlüsse eingezeichnet. Solche Layout–Zeichnungen zeigen die Bauteile grundsätzlich von unten.

Wenn Sie Ihre Schaltung auf einer Experimentier–Platine aufbauen wollen, genügt so eine Zeichnung vollauf. Drucken Sie sie am besten so aus, dass die Größe der benötigten Platinenfläche entspricht, dann können Sie die Lage der Bauteile besser übertragen.

Anbringen der Bauteile

Sowohl für Probeplatinen als auch geätzte Platinen gilt: Stecken Sie die Anschlussdrähte der (richtigen) Bauteile der Reihe nach durch die richtigen Löcher, und zwar so, dass die Bauteile auf der nicht mit Kupfer versehen Seite liegen.

Dann werden die Überstände leicht abgewinkelt, damit das Bauteil nicht mehr heraus fallen kann. Zuletzt werden die Drähte verlötet. Verwenden Sie dazu einen Lötkolben mit höchstens 30 Watt, eher weniger, und einer sauberen Bleistiftspitze. Erwärmen Sie die Lötstelle und führen Sie kolophonium–haltiges Radiolot (1 mm Durchmesser) zu. Das Lot muss silbrig glänzend verfließen. Halten Sie nun einige Sekunden lang still, bis die Lötstelle erkaltet ist. Verwenden Sie niemals Flussmittel.

Wenn Sie eine Probeplatine verwenden, müssen Sie auch die eigentlichen Leiterbahnen herstellen, also die Verbindungen zwischen den Anschlusspunkten. Benutzen Sie dazu dünnen Draht oder die Abschnitte der schon eingelöteten Bauteile. Vorsicht bei diagonalen Verbindungen: Da liegen die Nachbarpunkte sehr nahe beieinander.

 

„Gedruckte” Schaltungen

Eine „gedruckte” Schaltung ist eine Platine, bei der eine Zeichnungsvorlage auf die kupferkaschierte Seite übertragen wurde. Die schwarzen Stellen der Zeichnung bleiben erhalten, die weißen werden weggeätzt.

Der einfachste Weg zu einer solchen Platine ist, die Leiterbahnen mit einem speziellen Lackstift aufzuzeichnen. Nach der Trocknung kann die Platine geätzt werden. Dieses Verfahren eignet sich nur für Einzelstücke oder kleinste Serien. Dazu wird zunächst ein 1:1–Ausdruck auf die Platine geklebt. Dann werden die Anschlusspunkte der Bauteile durchgestochen (als Markierung). Das Papier wird entfernt und entweder frei Hand oder mit Linealen gezeichnet. Statt des Lacks können auch Abreibesymbole aufgetragen werden. Diese sind jedoch nicht sehr resistent gegen das Ätzbad.

Die elegantere Methode ist, die Zeichnung auf einen schwarz–weiß–Film zu übertragen und diesen zur Belichtung einer mit Fotolack kaschierten Platine zu verwenden. Diese ganzen Schritte können Sie auch selbst erledigen. Mit weniger Aufwand und oft sogar preiswerter geht es, wenn Sie den Film und die Platine herstellen lassen. Bezugsquellen finden Sie bei den Adressen.

Bedenken Sie bitte auch, dass Sie die zuhause verwendeten Chemikalien fachgerecht entsorgen lassen müssen!

Wer dennoch zuhause ätzen will, findet im Modellbau–Bereich eine Anleitung dazu.

Im nächsten Abschnitt wird beschrieben, wie Sie eine geeignete Film–Vorlage erstellen können. Es gibt auch Systeme, mit denen sich alles über Software erledigen lässt. Das ist hier aber nicht das Thema.

 

Vorlage und Film

Beginnen Sie mit dem entflochtenen Schaltungs–Entwurf, wie er in der oberen Zeichnung zu sehen ist. Prüfen Sie unbedingt mehrfach, ob alles richtig ist. Achten Sie auf genügend Breite für die Leiterbahnen. Legen Sie die Zeichnung so an, dass 10 Pixel dem Rastermaß von 2,54mm entsprechen. Achten Sie darauf, dass nur Anschlusspunkte und Leiterbahnen schwarze Farbe haben, alles andere nicht.

Dann legen Sie eine Kopie der Zeichnung an und entfernen alle Farben, die nicht schwarz sind. Verbreitern Sie nun die Leiterbahnen. Ziehen Sie dazu Linien und benutzen Sie das Füllwerkzeug. Das Spaltmaß zwischen Leiterbahnen sollte 0,2 mm keinesfalls unterschreiten, mehr ist besser. Eine gute Faustregel bei dieser 100 dpi–Vorlage sind drei Pixel (Bildpunkte) Luft als Minimum. Eine Link zum Glossar Europakarte benötigt bei diesem Maßstab eine Vorlage von 630 × 394 Bildpunkten Größe.

Bei 100 dpi Auflösung wären auf Film und Platine an Schrägen und Rundungen noch unschöne Treppchen sichtbar. 300 dpi sind ausreichend, um ein ausgezeichnetes Ergebnis zu erzielen. Sie sollten also eine weitere Kopie Ihrer Zeichnung auf die dreifache Länge und Breite skalieren (1.890 × 1.182 Punkte) und die Treppchen glatt–„bügeln”.

Speichern Sie diese Zeichnung als Link zum Glossar TIFF–Datei ab und übertragen Sie die Daten - am Einfachsten via Link zum Glossar FTP - zu einer Belichtungsanstalt. Dort können Sie kurz später den Film abholen oder sich zusenden lassen. Fragen Sie vorher, ob die Vorlage seitenrichtig oder seitenverkehrt sein muss! Der Film selbst muss seitenverkehrt sein, bei Aufsicht auf die Schichtseite müssen Schriften gespiegelt erscheinen.

Den Film schicken Sie dann zur Ätzanstalt und bekommen von dort Ihre Platinen. Diese müssen Sie dann noch bohren, was aber - für private Zwecke und kleine Serien oder gar Einzelstücke - akzeptabel ist. Manche Ätzbetriebe bevorzugen es, die Filme selbst entsprechend den eigenen Vorstellungen anzufertigen.

 

Bestückungsplan

Zwei der wichtigen Unterlagen zu Ihrer Schaltung sind nun fertig: Schaltplan und Vorlage für die gedruckte Schaltung (Platine).

Was noch fehlt, sind der Bestückungs– und Anschlussplan. Private Bastler werden in der Regel aus Kostengründen Ihre Platinen nicht mit Bestückungsaufdrucken versehen lassen (also Hinweisen, welches Bauteil wie wohin kommt).

Den Bestückungsplan können Sie aus einer gespiegelten Kopie der Ätzvorlage erstellen. Wandeln Sie die vorher schwarzen Leiterbahnen in hellgraue Flächen um und setzen Sie die Symbole und Werte der Bauteile (oder deren nummerische Angabe Ts1, Ts2, Ts3, und so weiter), diesmal von oben gesehen, in schwarzer Farbe ein. Das Bild des Abschnitts zeigen einen Ausschnitt des Bestückungsplans der nun schon bekannten IR–Lichtschranke.

Wenn Sie die Werte und Typen der Bauteile nicht - wie hier - direkt auftragen, müssen Sie noch die Bauteile–Liste (Ts1 = BC547, C2 = 100nF) anlegen und bei Bedarf ausdrucken.

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