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Arduino-Steckplatinen: Aufbau ohne Lötkolben

03.01.2015 | 10:15 Uhr |

Schnell mal eine kleine Versuchsschaltung aufbauen, ohne dazu den Lötkolben zu schwingen. Mit Stecksystemen im Breadboarding-Verfahren ist das kein großes Problem, und eigene Elektronikprojekte werden enorm vereinfacht.

Es ist nicht nötig, bei jeden noch so kleinen Schaltungsaufbauten Lötkolben die Ehre zu erweisen. Denn für Experimente ist das zu aufwendig, kostet einige Zeit, und auch die Hitze des Lötkolbens ist der elektrischen und mechanischen Gesundheit von Bauteilen nicht zuträglich. Schaltungen auf der Steckplatine, im Labor-Slang „Breadboard“, lassen dagegen sich nach Benutzung rasch und einfach auseinandernehmen und die Bauelemente im nächsten Aufbau wieder einsetzen.

Am Anfang: Stecken statt Löten

Breadboards sind Kunststoffplatinen mit Kontaktreihen im gleichmäßigen Rasterabstand. In deren vernickelte oder versilberte Federkontakte brauchen die blanken Bauteilanschlüsse oder abisolierte Volldrähte (Durchmesser zwischen 0,3 und 0,7 Millimeter) zum Aufbau einer Schaltung nur noch eingesteckt werden. Löten entfällt bei diesen fliegenden Aufbauten. Typische Breadboards haben 820 bis 840 dieser Federkontakte, wobei auch Boards in halber Größe verbreitet sind.

Schema einer Steckplatine: Die „Bus Stripes“ sind über die ganze Länge verbunden und zur Stromversorgung vorgesehen. Die „Terminal-Stripes“ in der Mitte nehmen die Komponenten der Schaltung auf.
Vergrößern Schema einer Steckplatine: Die „Bus Stripes“ sind über die ganze Länge verbunden und zur Stromversorgung vorgesehen. Die „Terminal-Stripes“ in der Mitte nehmen die Komponenten der Schaltung auf.

Entsprechend der US-Maßeinheiten ist der Rasterabstand auf 0,1 Zoll (2,54 Millimeter) festgelegt. Typischerweise befinden sich jeweils an den beiden Außenseiten der Boards Kontaktreihen mit durchgehend verbundenen Steckkontakten, genannt „Bus Stripes“, für den Anschluss der Spannungsversorgung: Minus ist blau oder schwarz gekennzeichnet, und Plus ist rot markiert. Auf beiden Kontaktfeldern, den „Terminal Stripes“, die jeweils quer verbunden und durch den Mittelsteg unterbrochen sind, baut man die Schaltung auf. Kleine und auch längere Querverbindungen stellt man mit Drahtbrücken her, genannt „Jumper“. Sie können einfach aus passend abisolierten Volldrähten selbst fabriziert werden.

Dieser Artikel stammt aus dem Sonderheft PC-WELT Hacks - Raspberry Pi & Arduino

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Wegen der üblicherweise vielen blanken Anschlüsse und Drähte ist bei der Verdrahtung allerdings peinlich genau darauf zu achten, dass diese sich nicht berühren und Schlüsse verursachen. Einsteigersets beziehungsweise Experimentier-Boards für den Hobbybereich mit großem Breadboard, Stromanschluss und Steckbrücken gibt es im Fachhandel und im Versand schon ab 16 Euro, etwa bei Amazon . Bei billigen Boards ist darauf zu achten, dass deren Federkontakte bei einer häufigen Neubestückung nachlassen.

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Passt alles: Bauelemente und Adapterplatinen

Die Steckplatinen eignen sich für nahezu alle bedrahteten Bauteilarten, also Komponenten wie Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, LEDs, doch auch für Schalter, Relais, Potentiometer, Trimmer oder Widerstandsnetzwerke. Wegen des 2,54-Millimeter-Rasters kann man ICs in typischen Gehäusen wie DIL (Dual in-Line) DIP (Dual in-Line Package), SIP (Single in-Line Package) und SIL (Single in-Line) direkt einstecken und elektrisch verbinden. In DIL-Gehäusen sind zum Beispiel komplette Systeme wie Micro-Controller untergebracht und die Ein- und Ausgänge an den DIL-Anschlüssen herausgeführt. Ebenfalls möglich, wenn auch über einen Umweg, ist die Verwendung von SMDs (oberflächenmontierte Komponenten). Dafür gibt es Adapterplatinen, auch als „Breakoutboards“ bezeichnet, die elektrische Anschlüsse auf das Raster umsetzen.

Verdrahten: Auf Störungen achten

Optimal zum Einstecken der Drähte und diskreten Komponenten sind Hilfsmittel wie Elektronik-Spezialpinzetten oder Feinmechanikerzange, wobei für eine sichere Kontaktgabe die Drähte unbedingt auf eine Länge zwischen 5 bis 8 Millimeter abzuisolieren sind. Die Federkontakte sind elektrisch allerdings problematisch: Sie weisen gegeneinander parasitäre Streukapazitäten um 2 pF auf, zudem stellen die Verbindungen im Steckboard unerwünschte Induktivitäten dar, und der Kontaktübergangswiderstand ist relativ hoch.

Verbindung zum Raspberry Pi: Ein Flachbandkabel kann die Anschlüsse der GPIO-Pins eines Raspberry Pi zu einem Adapter-Board auf der Steckplatine herausführen.
Vergrößern Verbindung zum Raspberry Pi: Ein Flachbandkabel kann die Anschlüsse der GPIO-Pins eines Raspberry Pi zu einem Adapter-Board auf der Steckplatine herausführen.

Für kleinere Schaltungen, die in niedrigeren Frequenzbereichen unter 10 MHz arbeiten, spielen diese Effekte aber keine Rolle. Zieht man Querverbindungen zwischen unterschiedlichen Kontaktreihen, dann gilt es darauf zu achten, dass Leitungen, die ein HF-Signal führen, nicht gegenseitig einstreuen und sich störend beeinflussen. Komplexe Schaltungen oder solche in höherfrequenten Bereichen lassen sich mit Steckplatinen aufgrund des hohen Verdrahtungsaufwands und der dann unerwünschten parasitären Effekte nicht immer realisieren.

Auch für höhere Spannungen sind Steckboards nicht geeignet. Zum einen wegen der Kontaktgefahr durch viele frei liegende spannungsführende Anschlüsse und zum anderen wegen eventueller Spannungsüberschläge zwischen den eng angeordneten Steckkontakten. Die sonst bei gelöteten Baugruppen rasch abgeführte Abwärme der Bauelemente heizt diese bei der freien Verdrahtung stärker auf. Somit sind die Komponenten nicht im gleichen Umfang belastbar. Je nach Schaltung halten Steckplatinen bis zu 1 Ampere dauerhaft aus.

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Fritzing Breadboarding am PC

Wer erst mal Schaltungen auf einer Steckplatine auf dem PC entwerfen will, um eine Übersicht zur Funktionsweise und Methodik zu gewinnen, bekommt von der FH Potsdam das geeignete Handwerkszeug: Das deutschsprachige Open-Source-Programm Fritzing 0.9b erlaubt den Aufbau von Schaltungen am Bildschirm und liefert dafür auch ein virtuelles Breadboard. Fritzing wendet sich nicht unbedingt an professionelle Elektrotechniker, sondern vornehmlich an Hobbyelektroniker. Die Ansicht und die Funktionsfülle sind deshalb so gestaltet, dass auch interessierte Amateure damit zurechtkommen und einen leichten Einstieg finden.

Eine virtuelle Steckplatine: Das einsteigerfreundliche Open-Source-Programm Fritzing präsentiert neben der Darstellung von Schaltplan und Leiterplatten-Layout auch die Ansicht eines Breadboards für den visuell orientierten Aufbau von Schaltungen.
Vergrößern Eine virtuelle Steckplatine: Das einsteigerfreundliche Open-Source-Programm Fritzing präsentiert neben der Darstellung von Schaltplan und Leiterplatten-Layout auch die Ansicht eines Breadboards für den visuell orientierten Aufbau von Schaltungen.

Dementsprechend legt Fritzing großen Wert auf eine übersichtliche Darstellung. In der Breadboard-Ansicht werden Bauteile als realistische, leicht zu identifizierende Symbole dargestellt, die einen schlüssigen Eindruck vom physikalischen Aufbau der Schaltung auf der Steckplatine vermitteln. Elektronische Bauteile in der Komponenten-Bibliothek reichen vom Widerstand bis hin zum kompletten Arduino und Raspberry Pi. Zudem kann Fritzing einen Aufbau als trockenen Schaltplan darstellen sowie als Layout für eine Leiterplatte (PCB). Von einfachen Schaltungen bis komplexen Platinen ist hier alles möglich.

Dateien speichert das Programm im eigenen fzz-Format und kann Schaltungen in die öffentliche Galerie auf fritzing.org hochladen, wo sich bereits viele Entwürfe finden. Platinen-Layouts kann das Programm als Ätzvorlage in PDF, SVG oder für die maschinelle Herstellung im Gerber-Format exportieren. Fritzing 0.9b gibt es für Windows in 32 Bit und 64 Bit und  eine englischsprachige Dokumentation. Eine PDF-Broschüre in Deutsch liegt extra bereit. Schaltungen simuliert Fritzing dagegen nicht.

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