1.0   Schaltung

1.1   Funktionsweise der Schaltung

Wird an die Schaltung Spannung angelegt, schaltet ein Transistor, abhängig der Toleranz, als erstes. Wenn Transistor T2 zuerst schaltet, fließt ein Strom vom Kollektor zum Emitter und LED 2 leuchtet.

Über R3 und die Kollektor Emitter Strecke von T2 (Masse) wird der  Kondensator C2 geladen. Somit steigt die Spannung an der negativen Seite von C2 an, somit an der Basis von T1.

Liegen mindestens 0,7V an der Basis von T1 an, schaltet er durch. Das Potenzial am Kollektor wird auf knapp über 0V gezogen. Da C1 bereits gelade war, liegen plötzlich weniger als 0V an der Basis von T2 an, wodurch dieser sofort abschaltet. LED D2 erlischt und D1 beginnt zu leuchten. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Kippmoment, daher kommt der Name Kippstufe.

Dieser Vorgang wiederholt sich abwechselnd, bis die Spannungsversorgung gekappt wird, (Abb. A0.0).

1.2   Stückliste

Stücklisten können aus Eagle direkt exportiert werden. Dafür unter Datei -> Exportieren -> Partylist; einen Speicherpfad auswählen. Diese Datei kann mit jedem beliebigen Textprogramm geöffnet werden.

Part	Value	Device	Package	Library	Sheet
C1	4,7µF	C-EU025-040X050	C025-040X050	rcl	1
C2	4,7µF	C-EU025-040X050	C025-040X050	rcl	1
D1		LED5MM	LED5MM	led	1
D2		LED5MM	LED5MM	led	1
JP1		PINHD-1X2	1X02	pinhead	1
R1	470	R-EU_0207/7	0207/7	rcl	1
R2	220k	R-EU_0207/7	0207/7	rcl	1
R3	220k	R-EU_0207/7	0207/7	rcl	1
R4	470	R-EU_0207/7	0207/7	rcl	1
T1	BC547	BC547	SOT54A	transistor-small-signal	1
T2	BC547	BC547	SOT54A	transistor-small-signal	1

2.0   Vorgehensweise zur Schaltplan-Eingabe

2.1   Einleitung

Autodesk EAGLE ein Programm für die Entwurfsautomatisierung elektronischer Systeme. Damit ist man in der Lage Layouts für Platinen und Leiterplatten zu erstellen. Mit Hilfe einer umfassenden Auswahl der Bauteil-Bibliothek kann man Schaltpläne aufbauen, um sie dann später auf dem Platinen-Layout (Board) graphisch darstellen, anzuordnen und zu verbinden.

2.2   Erstellen eines Projekts

Startet man das Programm Eagle, öffnet sich die Start-Oberfläche (Abb. A1.0). Um ein eigenes Layout zu erstellen, beginnt man zuerst mit dem Schaltplan, auf dem man zuerst theoretisch die Logik seiner Elektronikschaltung aufbaut.

Dafür muss man das Thema „Projekte“ anklicken, anschließend „Neues Projekt“ und dieses benennen. Das eigene Projekt ist nun im Unterpunkt mit einem orangen „E“ aufgelistet. Danach macht man einen Rechtsklick und wählt „Neu“ aus. Hier lässt sich nun erkennen, dass man u.a. die Möglichkeit hat, einen Schaltplan zu erstellen (Abb. A2.0).

2.3   Schaltplan

Nun befindet man sich auf der Schaltplan-Oberfläche, mit einer Vielzahl von Schaltflächen. Die Schaltflächen auf der linken Seite sind für die Bearbeitung der eingefügten Bauteile zuständig, sei es Verschieben, Beschreiben, Löschen, Verbinden, etc. (Abb. A3.0).

2.4   Grid

Da später die Bauteile und Verbindungen auf vorher definierten Punkten platziert werden, muss nun bestimmt werden, welche Bemaßung die Schaltoberfläche haben soll. Das macht man, in dem auf das Schaltsymbol oben links mit dem Gittersymbol klickt. Diese Schaltfläche nennt sich „Grid“ und hier lässt sich das Rastermaß bestimmen, also welche Gitterstruktur die Schaltoberfläche haben soll um die Bauteile einzusetzen (Abb. A3.1).

2.5   Bauteile

Um die Bauteile nun auszusuchen, die man braucht, muss man auf das Steckersymbol mit dem „+“- Zeichen klicken, diese Schaltfläche nennt sich „Add“. Hier öffnet sich eine Bauteil-Bibliothek die sehr umfangreich ist. Die üblichen Standard-Bauteile findet man in der Zeile „rcl“, welches für „Resistors, Capacitators, Inductors“ steht, also Widerstände, Kondensatoren und Spulen. Hier werden zwei Varianten von Symbolen angeboten, die US-amerikanische und die europäische. Oben rechts in dem „ADD“-Fenster, befinden sich zwei Vorschau-Flächen, die zeigen sollen wie das Bauteil im Schaltplan aussieht und dann später auf der Platine (Abb. A3.2).

Wichtig zu erwähnen ist noch, dass man die Spannungsversorgung und den Ground richtig auswählt.  Diese befinden sich in „ADD“ in dem Unterpunkt „Supply“. Da man aber auf einer Platine kaum keine Spannungsquelle einbauen kann, wird dies in der Regel durch außen, mit Hilfe von Steckverbindern gewährleistet. Deswegen ist es wichtig einen sogenannten „Pinhead“ auszuwählen, welcher selbstverständlich mit integriert werden muss (Abb. A3.5).

2.6   Anordnen der Bauteile

Sind nun alle nötigen Bauteile ausgewählt, müssen diese optisch erst einmal richtig angeordnet werden. Mit den Schaltflächen auf der linken Seite, „Move“ (Bewegen), „Mirror“ (Spiegeln) und „Rotate“ (Drehen) kann man die Bauteile nach Belieben anordnen (Abb. A3.3).  Jedes Bauteil hat auch einen Namen, welche ein kleines Markierungskreuz haben. Somit lassen sich mit den gleichen Schaltflächen auf die Namen der Bauteile richtig anordnen. Denn manchmal kann es vorkommen, dass Bauteile so nah an einander angeordnet werden, dass sich die Namen beider Bauteile überlappen.

2.7   Benennung der Bauteile

Nun können die Bauteile benannt und die Werte vergeben werden. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder nutzt man die beiden Schaltflächen auf der linken Seite „Name“ (Bezeichnung) und „Value“ (Wert) und klickt danach auf das Bauteil, oder man klickt direkt mit Rechtsklick auf das Bauteil und wählt „Name“ oder „Value“ aus (Abb. A3.4).

2.8   Vernetzung der Bauteile

Sind nun alle Bauteile richtig angeordnet und benannt, können diese verbunden werden. Dafür muss man die Schaltfläche auf der linken Seite „Net“ anklicken. Darauf hin öffnen sich am oberen Bildschirmrand Einstellmöglichkeiten der Verbindung. Da jedes Bauteil Anschlusspunkte hat, können diese leicht mit „Net“ verbunden werden, indem man die Verbindung von einem Anschlusspunkt zum anderen gezogen wird (Abb. A3.5).

2.8.1   Bauteilverbindungen auf Schaltoberfläche und Platinenlayout im Detail

Nachdem platzieren von Bauteilen in der Zeichnung kommt die Verbindung hinzu.

Für das Erzeugung von Verbindungen oder das Verlegen von Leiterbahnen für Platinen in der Schaltungssoftware zwischen verschiedenen Pins sollte man auch unterscheiden zwischen einem NET-Befehl und WIRE-Befehl.

Das WIRE-Befehl (Linie) ist ein Dokumentationswerkzeug hiermit können Schaltplanoberfläche, Anmerkungen usw. gezeichnet werden. Der NET-Befehl (Draht) hat eine elektrische Bedeutung (Abb. D1.0).

Wenn eine Leiterplatte geroutet (Routen) wird, sieht man keine „Luftlinien“, sondern eine elektrische Verbindung. Das Routen kann von einem Punkt zum anderen Punkt (Endpunkt) eines Bauteils oder durch einen Doppelklick der linken Maustaste beendet werden.

Statt das Routen einer Bahn mit einem Doppelklick vorzeitig abzubrechen, kann auch Escape auf der Tastatur gedrückt werden.

Durch das mehrfache Rechtsklicks kann gewählt werden, ob die Leiterbahn rechtwinklig, gerade, rund usw. zwischen zwei Punkten verläuft.

Für die elektrische Verbindung mit dem NET-Befehl müsste die Parameter der Leiterbahn oben in der Einstellungsleiste festgelegt werden welche nachdem Aktivieren des Werkzeugs in der Leiste über der Arbeitsfläche angezeigt wird, (Abb. D1.0).

2.9   Funktion von Electrical Rule Check (ERC; Schaltplan prüfen)

Die Funktion Electrical Rule Check ist ein praktisches Werkzeug in der Werkzeug-Toolbox um häufige Fehler im Schaltplan anzuzeigen und zu kennzeichnen. Als Anfänger aber auch als Profi ist das Tool gut nützlich, trotzdem sollte die Überprüfung auch manuell erfolgen. Es werden folgende Fehler angezeigt, (Abb. D2.0, D3.0).

• Das widersprechen von Ausgängen und Eingängen im Schaltplan.
• Das nicht korrekte Anschließen von dem vorhandenem Netz im Schaltplan und eine entsprechende Kennzeichnung.
• Das überlappen von Ports und Pins oder offene Ports und Pins im Schaltplan.

(Abb. D2.0)

3.0   Vorgehensweise der Board-Erstellung

3.1   BOARD – Platinen Layout

Nachdem die elektronische Schaltung fertig ist, kann nun ein Platinen Layout erstellt werden. Dieses benötigt man, um später zu sehen, wie die Schaltung auf der selbst erstellten Platine aussieht. Am einfachsten geht dies, wenn man noch selbst auf der Schaltplan-Oberfläche ist und die Schaltfläche oben links „Board erzeugen“ anklickt (Abb. B1.0). Dann wechselt das Fenster zu der Platinen-Layout-Oberfläche (Abb. B2.0).

Mit den Schaltflächen auf der linken Seite hat man die Möglichkeit, ähnlich wie auf der Schaltplan-Oberfläche, die Platine bzw. die Bauteile zu bearbeiten. Man erkennt direkt, dass Eagle alle Bauteile aus dem Schaltplan unten links, auf der Platinen Layout Oberfläche, ungeordnet generiert hat. Diese sind mit gelben Verbindungen versehen. Diese beschreiben die logischen Verbindungen, entworfen aus dem Schaltplan und behalten diese vorerst bei (Abb. B2.0).

3.2   Grid

Wie beim Schaltplan zuvor, muss auch hier wieder die Grundbedingung der Bemaßung definiert werden. Das gleiche Symbol muss hier (oben links) angewählt werden, welches dann wie gewohnt ein Fenster öffnet, wo man das Rastermaß der Platine bestimmen kann (Abb. B2.1).

3.3   Anordnen der Bauteile auf der Platine

Nachdem das Rastermaß-Gitter erzeugt wurde, können die Bauteile nun ordentlich angeordnet werden. Dies geschieht nach wie vor mit den Schaltflächen oben links „Move“ (Bewegen), „Mirror“ (Spiegeln) und „Rotate“ (Drehen) (Abb. B2.2).

3.4   Leiterbahnen / Verbindungen

Folgendes Thema beschreibt die Verbindung der bereits angeordneten Bauteile. Mit der Schaltfläche auf der linken Seite „Route“ lassen sich die Bauteile untereinander verbinden. Wie bereits oben erwähnt, besitzen diese schon eine logische Verbindung, die mit gelben Pfaden angezeigt wurden. So weiß man, welche Verbindung wo hin muss.

Wenn man auf „Route“ klickt, öffnet sich am oberen Bildschirmrand die Einstellmöglichkeiten der Verbindungen bzw. Leiterbahnen. Es lässt sich zum Beispiel einstellen, ob die Leiterbahnen unterhalb oder oberhalb der Platine verlaufen sollen („Top“ oder „Bottom“), wie die Leiterbahnen mit Hindernissen verfahren sollen, Leiterbahnbreite etc. (Abb. B2.3).

Da in der Regel bei einseitigen Platinen die Leiterbahnen auf der Unterseite der Platine verlaufen, wählt man hauptsächlich „Bottom“ aus.

Dann einfach die Verbindungen von den jeweiligen Anschlusspunkten der Bauteile miteinander verbinden. Hier wurden die Hauptleiterbahnen mit einer größeren Breite verwendet als die Leiterbahnen für die Emitter-Kreise der Transistoren, weil bei der Auswahl der Leiterbahnbreite die Stromstärke beachtet werden muss.

Es kann vorkommen, dass sich die Leiterbahnen kreuzen und somit berühren könnten, damit dies nicht geschieht, muss folgendes beachtet werden. Entweder führt man die Leiterbahnen unterhalb der Bauteile durch, um einen kreuzenden Pfad zu umgehen (Abb. B2.4), oder man endet kurz vor dem kreuzenden Pfad, wechselt dann auf die Oberseite der Platine mittels „Top“ und führt anschließend die Leiterbahn mit „Bottom“ auf der Unterseite weiter.

Falls man zusätzliche Löt-Verbindungspunkte benötigt, kann dies mit der „Via“ Schaltfläche realisiert werden. Beim Auswählen dieser Schaltfläche öffnet sich am oberen Bildschirmrand die Einstellmöglichkeiten, wie z. B. die Form des Lötpunktes oder die Bohrung.

3.5   Platinengröße

Ist nun alles miteinander verbunden, kann es sein, dass von der Platine ein Teil „übrig“ ist, d. h. das nicht die komplette Größe der Platine verwendet wird. Um die Größe anzupassen, kann oben links auf die „Move“ Schaltfläche geklickt werden und damit die Ecken der Platine verschoben werden (Abb. B2.5).

3.6   Bohrlöcher

Da man Platinen später an Gehäusen oder in Maschinen mittels Schrauben befestigen möchte, brauchen diese Bohrlöcher. Wenn die Schaltfläche „Hole“ am linken Bildschirmrand angeklickt wird, öffnet sich am oberen Bildschirmrand eine Einstellung, die es einem erlaubt, die Größe des Bohrloches zu bestimmen. Danach geht man einfach mit dem Mauszeiger auf die Platinen-Oberfläche und markiert die Bohrlöcher (Abb. B2.6).

(Abb. B2.6)

3.7   Bearbeitung der Kupferbeschichtung

Eine Platine besteht grundlegend aus zwei Materialen, zum einen das isolierende Trägermaterial z.B. als Kunststoffplatte und zum anderen eine Kupferbeschichtung auf der Unterseite, die die gesamte Fläche füllt.

Auf der Platinen-Layout-Oberfläche sind nun die Leiterbahnen erstellt worden. Es ist aber unüblich, dass nur diese Leiterbahnen aus Kupfer beschichtet werden, noch dass das nicht benötigte Kupfer, um den Leiterbahnen, weggefräst oder weggeätzt werden. Viel mehr, ist es so, dass die Umrisse der Leiterbahnen entfernt werden, so kann ein Großteil der Kupferbeschichtung einfach drauf bleiben und wird nur mit einer Isolierschicht von den Leiterbahnen getrennt. Das spart Zeit und Material.

Um dies einzustellen, muss man nun die Schaltfläche „Polygon“ anklicken. Am oberen Bildschirmrand öffnet sich wie gewohnt die Einstellmöglichkeiten dieser Schaltfläche. Dort kann man z.B. einstellen , die groß die Isolierschicht von Leiterbahn und restlicher Kupferbeschichtung ist. Dann markiert man den äußeren Rand der Platine, diese wird anschließend punktiert dargestellt (Abb. B2.7).

Anschließend klickt man auf „Ratsnest“, und das Programm füllt die Unterseite der Platine mit dieser Kupferbeschichtung, außer an den Stellen, die markiert wurden, z.B. äußerer Rand der Platine, die Bohrlöcher und die Isoliertrennschicht zu den Leiterbahnen (Abb. B2.8).

Das Layout für diese Platine ist nun fertiggestellt und kann abgespeichert werden.

4.0   Quellen

http://www.hobby-bastelecke.de/grundschaltungen/multivibrator.htm

Schaltung wurde aus angegebener Quelle übernommen und in Eigenleistung überarbeitet und in einen Blogeintrag eingefügt.