15. November 2013
Sowohl dem Hobbyelektroniker als auch dem Profi stehen verschiedene Aufbautechniken für die Realisierung seiner Prototypen zu Verfügung, welche alle ihre Vor- und Nachteile besitzen. Die meisten Techniken stellen zudem eine dauerhafte Lösungen dar, welche für den Bau funktionsfähiger Geräte geeignet sind. Die wegen ihres professionellen Aussehens oft gelobte gedruckte Schaltung ist übrigens aus elektrischer Sicht gesehen oft nicht die optimale Lösung für eine funktionsfähige Schaltung.
Nachfolgend ein Überblick beliebter Aufbautechniken, welcher keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt.
1. Aufbauten mit einem Steckbrett: Auf einem Steckbrett lassen sich ohne Lötkolben elektronische Schaltungen versuchsweise umsetzen. Für die Verbindungsdrähte eignet sich Klingeldraht mit 0,8 mm Durchmesser aus dem Baumarkt.
Versuchschaltung aufgebaut mit mit einem Steckbrett.
Vorteile: Kein Löten erforderlich, einfache Änderung der Schaltung. ICs und andere Bauteile im DiL-Gehäuse lassen sich direkt einstecken. Für kleinere Schaltungen, Digitalschaltungen und Mikroprozessorschaltungen oft geeignet.
Nachteile: Neigung zu Wackelkontakten und deshalb für größere Schaltungen nicht geeignet, keine dauerhafte Lösung, fehlende Masseflächen gestalten die Umsetzung von HF-Schaltungen schwierig bis unmöglich, für SMD ungeeignet.
2. Lochrasterplatte: Lochrasterplatten ermöglichen dauerhafte Schaltungsaufbauten mit hoher Packungsdichte.
Ein kleiner QRP-Sendeempfänger, aufgebaut mit Lochrasterplatinen.
Lötseite einer Lochrasterplatte. Als Schaltdraht kommen hier die feinen Drähte der Litzen alter Elektrokabel zum Einsatz.
Vorteile: Hohe Packungsdichte möglich, Lochraterabstand passt für DiL-Gehäuse, zuverlässiger und dauerhafter Schaltungsaufbau. Erstellung mit einfachen Werkzeugen möglich. Lochrasterplatten können durch beidseitiges Ritzen auf der Ober- und Unterseite an der Tischkante gebrochen werden.
Nachteile: Schaltungsänderungen und Auslöten der Bauteile vergleichsweise schwierig. Bei Versuchsaufbauten ist ständiges Umdenken beim Betrachten zwischen Bestückungs- und Lötseite erforderlich. Die Schaltung lässt sich nicht direkt aus der Anordnung der Bauteile ablesen. Bei HF-Schaltungen ist eine durchdachte Masseführung notwendig, da eine durchgängie Massefläche nicht vorhanden ist.
Link: https://elektronikbasteln.pl7.de/lochrasterplatinen.
3. Freie Verdrahtung bei Chassiaufbauten: Diese Aufbautechnik wurde über Jahrzehnte für die Fertigung von Rundfunkgeräten des Röhrenzeitalters verwendet.
Freie Verdrahtung eines Rundfunkempfängers aus den 1940er Jahren.
Oberseite eines mit Röhren bestückten Chassis (um 1960). Die Röhren, Filter und Übertrager sind auf der Oberseite angeordnet.
Vorteile: Gute Masseführung durch des Metallchassis, Bauteile können mit kürzesten Drahtverbindungen verlegt werden. Für Eigenbauten von HF-Schaltungen mit Röhren sehr geeignet.
Nachteile: Bei industrieller Fertigung sehr lohnkostenintensiv, Verdrahtungsfehler können auftreten, hoher Aufwand bei der Blechbearbeitung.
4. Gedruckte Schaltung: Die gedruckte Schaltung ist das beinahe ausschließliche Verfahren für die Herstellung industriell hergestellter Massenproduktion in der Elektronik. Die gedruckte Schaltung hat durch die hohe Reproduzierbarkeit und die automatische Bauteilebestückung wesentlich zur Verbreitung der Elektronik als kostengünstige Massenware beigetragen. Die Komplexität des Themas lässt hier leider nur Raum für eine Betrachtung in der Bastelpraxis.
Bestückungsseite einer selbst hergestellten Leiterplatte für bedrahtete Bauteile.
Lötseite einer geätzten Leiterplatte, deren Vorlage mit Hobbymitteln direkt mit dem Filzstift auf die Kupferfläche gemalt wurde.
Diese Platine wurde mit einem Laserdrucker und einem Bügeleisen hergestellt. Unter Platinen-Herstellung mit der Direkt-Toner-Methode ist das Verfahren ausführlich erklärt und beschrieben.
Vorteile bei Versuchsaufbauten und Eigenbauten: Hohe Zuverlässigkeit, hohe Reproduzierbarkeit und Nachbausicherheit bei der Verwendung bereits vorhandender Layouts für Bausätze und dem Nachbauen von Schaltungen. SMD-Bauteile mit sehr kleinen Pin-Abständen lassen sich praktisch nur in Verbindung mit gedruckten Schaltungen bestücken. Große Masseflächen besonders bei mehrlagigen Leiterplatten möglich. Hohe Packungsdichte möglich.
Nachteile bei Versuchsaufbauten und Eigenbauten: Unverhältnismäßig zeitaufwändig bei der Einzelfertigung. Die ersten Layout-Entwürfe funktionieren meistens bei HF-Schaltungen wegen ungünstiger Leiterbahnführung nicht oder nicht zufriedenstellend. Hoher Entwicklungsaufwand beim Entwurf eines Layouts, der oft unterschätzt wird. Das Ätzen sehr dünner und geringer Leiterbahnabstände für SMD-Bauteile gelingt mit Hobbymitteln nur mit entsprechender Erfahrung nach zahlreichen Versuchsreihen. Für bedrahte Bauteile es das Bohren vieler Löcher notwendig. Für Versuchsschaltungen in der Schaltungsentwicklung nur in Ausnahmefällen bei der Verwendung vieler SMDs geeignet.
Link zur Erstellung von Hand gemalten Leiterplatten mit Hobbymitteln:
https://elektronikbasteln.pl7.de/leiterplattenherstellung-mit-einfachen-mitteln.
5. Drahtigeltechnik: Diese Technik ist für Versuchsaufbauten sehr beliebt, da sie schnell und einfach herzustellen ist und zudem eine große Massefläche den Aufbau von HF-Schaltungen einfach gestalten lässt. Falls zu wenige Masseverbindungen für die notwendige mechanische Stabilität sorgen, können hochhomige Widerstände oder kleine, aufgeklebte Leiterplattenschnipsel als Lötstützpunkte dienen.
Eine HF-Schaltung in der Drahtigeltechnik.
Vorteile: Kein Bohren und Ätzen erforderlich. Die Bauteile werden in freier Verdrahtung untereinander verbunden, wobei die Bauteile nur durch die Masseverbindungen auf der ungeätzten Kupferfläche des Leiterplattenbasismaterials gehalten werden. Die große Massefläche ist für HF-Schaltungen ideal. Für den schnellen Aufbau kleinerer und mittelgroßer Schaltungen ist diese Methode mit etwas Disziplin bei der geordneten Anordnung der Bauteile durchaus geeignet.
Nachteile: Manchmal entsteht ein etwas undurchsichtiger Drahtverhau mit schlechter mechanischer Stabilität. Der Austausch von Bauteilen gestaltet sich zuweilen schwierig, da alles mit allem irgendwie zusammenhängt und die Bauteile gemäß der wilden Verdrahtung in mehreren Ebenen angeordnet sind.
6. Manhattan-Style-Technik: Diese Technik ist eine Weiterentwicklung der Drahtigeltechnik. Als Lötstützpunkte auf der Massefläche einer ungeätzten Leiterplatte dienen aufgeklebte Schnipsel und Streifen aus Leiterplattenbasismaterial. Die Anordnung der Lötstützpunkte erinnert an die Anordnung der Wolkenkratzer Manhattans, womit sich die Bezeichnung dieser Technik erklärt.
Eine in der Manhattan-Style-Technik aufgebaute Transistorverstärkerstufe.
Eine Mischung aus Drahtigeltechnik und Manhattan-Style-Technik. Die Beinchen des ICs wurden nach oben gebogen. Dadurch entspricht die Ansicht auf das IC in der gewohnten Darstellung, wie sie in den Datenblättern üblich ist.
Vorteile: Übersichtlicher, stabiler Aufbau. Bei durchdachter Bauteileanordnung lässt sich die Schaltung direkt vom Aufbau ablesen. Messungen lassen sich leicht vornehmen, leichter Austausch von Bauteilen möglich. Ein fließender Übergang von der Drahtigeltechnik zur Manhattan-Style-Technik ist oft die Praxis. Eine großflächige Masse ist vorhanden. Die Schaltungen können mit einfachen Werkzeugen quasi auf dem Küchentisch hergestellt werden. SMD-Bauteile mit kleinen Pin-Abständen können durch geätzte Adapterplatinen integriert werden.
Nachteile: Relativ geringe Packungsdichte. Für SMD nur bedingt geeignet, aber dennoch manchmal möglich. Das Herstellen und Verkleben der Lötstützpunkte ist etwas zeitaufwändig.
Link: https://elektronikbasteln.pl7.de/schaltungen-mit-der-manhatten-style-technik-aufbauen.
7. Leiterplatten mit gefrästen Lötaugen (Lötaugentechnik): Auf die ungeätzte Kuperfläche des Leiterplattenbasis-Materials werden die Lötaugen enweder mit einem speziellen Fräser oder mit einem Holzbohrer gefräst.
Die Lötinseln wurden mit einem modifizierten Holzbohrer auf die Leiterplatte gefräst.
Als Fräser kann ein Holzbohrer von etwa 6 bis 10 mm Durchmesser dienen, bei welchem der Zentrierdorn mit einem Hammerschlag abgebrochen wurde.
Vorteile: Große Massefläche, stabiler Aufbau, die Leiterplatte kann mehrfach verwendet werden. Im Gegensatz zur Manhattan-Style-Technik können sich die Lötaugen nicht wie die Lötstützpunkte ablösen.
Nachteile: Die Lötaugen können nicht so einfach verschoben werden wie die Lötstützpunkte der Manhattan-Style-Technik. Für die Herstellung wird eine Ständerbohrmaschine benötigt. Es entsteht erheblicher Lärm und Staub. Die Schaltungen sind oft nicht so übersichtlich angeordnet, wie dies bei der Manhattan-Style-Technik der Fall ist. Die Lötaugen können sich durch die Hitze des Lötkolbens ablösen, wenn Pertinax als Basismaterial zum Einsatz kommt.
Link: https://elektronikbasteln.pl7.de/loetinseltechnik.
8. Modulbauweise mit Hilfe von Aluminiumfolie: Die einzelnen Baugruppen oder Module werden in verschiedenen Techniken erstellt und auf einem dünnen Holzbrettchen zu einem funktionierenden Gerät montiert. Vor der Montage der Module wird das Holzbrettchen mit einer Aluminiumfolie überzogen, welche als gemeinsame Massefläche dient. Die Module werden mit kleinen Drahtstückchen auf das Aluminium gelötet. Diese Drahtstückchen dienen sowohl als Masseverbindung als auch als mechanische Befestigung. Wie Aluminium mit Elektroniklot gelötet werden kann, ist hier beschrieben. Anstelle von Aluminumfolie könnte selbstverständlich auch Kupferfolie zum Einsatz kommen, doch steht die Aluminiumfolie in fast jedem Haushalt kostenlos und leicht beschaffbar als Abfallprodukt zur Verfügung.
Das Ausgangsmaterial für die Aluminiumfolie liefern Aluminiumschalen, wie sie für die Verpackung von Lebensmitteln Verwendung finden und in fast jedem Haushalt quasi kostenlos als Abfallprodukt zur Verfügung stehen.
Die auf das Holzbrettchen getackerte Aluminiumfolie liefert eine große Massefläche, welche den Aufbau umfangreicher HF-Schaltungen, wie hier bei einem Mittelwellensuperhet, unproblematisch gestalten.