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.

 

 

In den folgenden Kurzvideos wird die Vorgehensweise der Schaltplanerstellung bis zum fertigen Layout, anhand des Beispiels einer Sirenenschaltung, dargestellt. Zur Schaltplan- und Layouterstellung wurde das Layoutprogramm „Eagle“ verwendet.

Die Sirenenschaltung erzeugt einen Sirenen typischen Ton. Durch Betätigen eines Tasters wird der Ton aufschwellend, beim Loslassen abschwellend erzeugt.

Im ersten Video werden die für die Sirenenschaltung benötigten Bauteile ausgewählt.

Im zweiten Video werden die Bauteile funktionsgerecht miteinander verbunden. Anschließend folgt die Parametervergabe.

Im dritten Video wird der Schaltplan in ein Layout umgesetzt. Am Ende wird die Funktion der einzelnen Bauteile erklärt.

Vorgehensweise

Nachdem die Eagle Software erfolgreich installiert wurde, starten wir das Programm und es erscheint das Eagle Control Panel.

Dort müssen wir als erstes ein neues Projekt anlegen, dafür müssen wir auf Datei –> Neu –> Projekt, wie in Abbildung 1 zu sehen ist, klicken.

Nachdem ein neues Projekt angelegt wurde, hat man nun die Möglichkeit, einen Schaltplan anzulegen. Dies geschieht ebenfalls über das Control Panel (siehe Abbildung 2).  Datei –> Neu –> Schaltplan.

Nun haben wir den Schaltplan erstellt und es erscheint folgender Bildschirm.

Das Programm arbeitet mit verschiedenen Befehlen. Zum Verständnis eine Auflistung der Befehle.

Add	Objekte der Bibliothek hinzufügen
Use	Bibliothek in das aktuelle Projekt einbinden und laden
Rotate	Objekt Drehen
Grid	Ein Raster über Schaltplan oder Board anzeigen
Move	Lässt Objekte bewegen
Delete	Löscht Objekte
Group	Gruppiert Objekte
Info	Eigenschaften des Objektes
Value	Wert des Objektes ändern
Name	Namen des Objektes ändern
Show	Hebt Objekte und Netze im Schaltplan hervor
Board	Öffnet die Boardansicht
Net	Objekte im Stromlaufplan mit Leitungen verbinden
Ratsnest	Optimieren der Luftleitungen der Platine, errechnet die kürzesten Leitungswege
Route	Kupferleitung legen
Ripup	Kupferleitung in Luftleitung umwandeln um sie neu zu verlegen.
ERC	Überprüfen des Schaltplans
DRC	Überprüfen der Platine

Diese Befehle können in die Befehlszeile eingegeben werden.

„Grid“ für den Schaltplan anlegen

Tippen wir nun in die Befehlszeile „Grid“ ein , öffnet sich wie in Abbildung 4 zu sehen ein Fenster mit den Grid-Einstellungen. Dort wird nun bei der Anzeige „Ein“ gewechselt und anschließend mit „Ok“ bestätigt. Das ganze vereinfacht uns das Platzieren der Bauteile.

Stückliste

Jetzt steht das Grundgerüst für die Bestückung unseres Schaltplanes. Als aller erstes zeige ich eine kleine Stückliste mit den erforderlichen Bauteilen für den Schaltplan. Diese habe ich aus der Aufgabenstellung zusammengestellt.

Bezeichnung	Information	Anzahl
A4L-LOC	Frame	1
1N4004	Diode	4
ZPY	Zener Diode	1
CPOL-EUE10-25	Kondensator	1
R-EU_0207/10	Widerstand	1
BD139	NPN Transistor	1
SH 22,5	Sicherungshalter	1
W237-O2P	Wago-Schraubklemmen	2
Mount Hole 4,3	Montagelöcher	4

Mit dem Befehl „Add“ in der Befehlsleiste können wir uns die Bauteile in den Schaltplan hinzufügen (Abbildung 5). Das Ganze haben wir uns ein wenig vereinfacht, indem wir ganz am Anfang unsere Bibliothek „Grundschaltungen“ eingebunden haben. Dort finden wir fast alle Bauteile die notwendig sind.

Nun müssen alle Bauteile eingefügt werden. Mit dem Befehl „rotate“ lassen sich die Bauteile drehen, dadurch lassen sich die Dioden zum Beispiel in die richtige Sperrrichtung drehen. Hat man jetzt aus Versehen ein Bauteil zu viel in den Schaltplan eingefügt, kann man dieses mit dem Befehl „delete“ wieder löschen.

Verdrahtung/Vernetzung der Bauteile

Nachdem alle Bauteile in den Schaltplan hinzugefügt und in die richtige Position gedreht worden sind, müssen diese noch vernetzt werden.

Dafür geben wir in der Befehlszeile den Befehl „net “ ein. Damit es später bei der Kontrolle des Schaltplanes keine Fehler gibt, muss bei der Vernetzung der Bauteile darauf geachtet werden, dass das Vernetzen der Bauteile korrekt ausgeführt wird. In den folgenden Abbildungen 6  und 7 sieht man, wie eine korrekte Vernetzung durchführt wird.

In der Abbildung 6 sieht man, dass mit dem Befehl „net“ die Bauteile durchgezogen worden sind, dies ist aber falsch. Richtig wurde es in der Abbildung 7 gemacht.

Wenn wir nun Änderungen am Namen der Bauteile oder Werte Anpassungen der Bauteile vornehmen wollen, können wir dies mit dem Befehl „value“ direkt durchführen. Über den Befehl „info“ erhalten wir eine Übersicht der Objekteigenschaften, in der wir in der letzten Zeile ebenfalls den Value (Wert) ändern können.

Hat man alle Bauteile richtig platziert und richtig vernetzt, müsste unser Schaltplan so wie in der Abbildung 8 aussehen.

Kontrolle des Schaltplanes

Mit dem Befehl „ERC“ in der Befehlsleiste können wir unseren Schaltplan auf Fehler überprüfen lassen. Fehler könnten zum Beispiel: Vernetzungsfehler, fehlende Knotenpunkte und Beschriftungsfehler der Bauteile sein.

Boarderstellung

Kommen wir nun zum eigentlichen Übertragen des Schaltplanes. Mit dem Befehl „board“ in der Befehlszeile, generieren wir unseren Schaltplan in eine Leiterplattenplatine um, wie in Abbildung 10 zu sehen.

Nach dem Generieren sind die Bauteile noch ziemlich durcheinander und zusätzlich ist in der Eagle Light-Version nur ein kleines Feld für das Sortieren der Bauteile vorhanden.

Mit dem Befehl „move“ in der Befehlszeile können wir die Bauteile in das erlaubte Feld hinüberziehen. Dabei ist zu beachten, dass die Bauteile sich nicht zu sehr überkreuzen (siehe Abbildung 11).

Die Leiterbahnenerstellung können wir mit dem Befehl „route“ in der Befehlszeile beginnen. Trotzdem ist besondere Vorsicht geboten, denn wenn man sich Knotenpunkte oder Vernetzungsfehler leistet, wird dies in der Endkontrolle bemängelt.

Mit dem Befehl „ripup“ lassen sich Verlegungen der Leiterbahnen wieder rückgängig machen.

Endkontrolle des Boards

Mit dem Befehl „DRC“ in der Befehlszeile wird das Board auf Fehler überprüft.

Wenn wir Fehler verursacht haben, wie in Abbildung 13 zu sehen, wird uns dies angezeigt.

Diese Fehler müssen beseitigt werden, damit die Leiterplatte funktionieren kann. Nachdem die Fehler beseitigt worden sind, wird dies bei der „DRC-Kontrolle“ mit „keine Fehler“ bestätigt.

Nun können wir unser fehlerfreies Board in Auftrag für eine selbstentwickelte Leiterplatine geben.

Funktionsweise

Die gewählte Schaltung basiert auf dem Vorschlag auf der Elektronikerseite. Während des Ausgangszustandes der Monostabilen Kippstufe mit zwei Bipolar-Transistoren, ist der Transistor ‚‚T2‘‘ durchgeschaltet, da an der Basis eine Spannung anliegt. Der Schalter ist nicht betätigt, somit leuchtet die LED ‚‚D2‘‘.

Schließt man nun den Taster ‚‚S1‘‘ wird ‚‚T1‘‘ durchgeschaltet. An der Basis von ‚‚T2‘‘ liegt augenblicklich ein Potenzial von ca. -8,3V an. T2 sperrt sofort. Die LED ‚‚D2‘‘ erlischt und die LED ‚‚D1‘‘ beginnt zu leuchten.

Beim Loslassen des Tasters wird der Transistor ‚‚T1‘‘ weiter über R4, R5 und D2 versorgt. Der Kondensator lädt sich nun über R2 auf. Mit dem Aufladen des Kondensators, steigt die Spannung an der Basis von ‚‚T2‘‘ bis dieser wieder durchschaltet. Die Basis von T1 wird über R5 auf Masse gezogen und D1 erlischt.

Diese Schaltungen werden auch oft in der Signaltechnik eingesetzt, um sehr kurze Signale zu verlängern.

Stückliste der Benötigten Bauteile

R1, R4:           Widerstand 470Ohm

R2:                  Widerstand 100kOhm

R3:                  Widerstand 10kOhm

R5:                  Widerstand 47kOhm

D1, D2 :           LED rot

C1:                  Kondensator 100µF

T1, T2:            Transistor BC548

S1:                  Taster

U 9V:              Batterieclip mit einer 9V Blockbatterie

EAGLE Schaltplan

Beim Starten der Software ‚,Autodesk-EAGLE‘‘ öffnet sich als erstes das ,,Control Panel‘‘. Um einen Schaltplan (Abb. 1) zu erstellen, muss man nun auf ,,Datei‘‘ klicken dann auf ,,Neu‘‘ und dann auf ,,Schaltplan‘‘.

Nun öffnet sich ein neues Fester, in diesem kann man seine Schaltung aufbauen.

Zum Einbinden der Bauteile öffnet man als erstes die Bibliothek, dies tut man auf der Schaltfläche ,,Add Part‘‘ hier wählt man jetzt die benötigten Bauteile für seinen Schaltplan aus.

Beim Einfügen sollten Bauform und Baugröße der verwendeten Bauteile beachtet werden.

Sobald alle Bauteile eingefügt wurden kann man diese mit der Schaltfläche ,,move‘‘  verschieben und mit ,,rotate‘‘ drehen.

Mit dem Befehl ,,Delete‘‘  können Bauteile entfernt werden. Mehrere Bauteile können mit dem Befehl ,,Group‘‘  markiert werden. Genauere Details über die Bauteile können mit dem Unterpunkt ,,Info‘‘  aufgerufen werden, um die Infos einzusehen, müssen die Bauteile nachdem man auf Info geklickt hat ausgewählt werden.

Unter ,,Name‘‘  und ,,Value‘‘  kann der Name bzw. die Messgröße des Bauteils bestimmt werden, hierfür muss das + im jeweiligen Bauteil angewählt werden, nachdem man auf ,,Name‘‘ oder ,,Value‘‘ geklickt hat.

Zuletzt werden die Bauteile mit Leiterbahnen verbunden, um im Layout ersichtlich zu machen welche Bauteile miteinander verbunden werden müssen. Dies geschieht mit der Funktion ,,Net‘‘.

Nachdem der Schaltplan erstellt wurde, kann mithilfe dieser Vorlage ein Platinen Layout erstellt werden.

EAGLE Platinen-Layout

Mit dem erstellten Schaltplan lässt sich nun ein Platinen-Layout erstellen, hierfür klickt man auf die Schaltfläche ,,Board erzeugen/zum Board wechseln‘‘.

Die Software generiert nun ein neues Format indem sich das Layout (Abb. 2) erstellen lässt.

In Boardmenü sind jetzt alle Bauteile mit den ausgewählten Größen.  Die Bauteile sind außerdem mit flexiblen Linien verbunden, diese zeigen an welche Lötaugen miteinander verbunden werden müssen.  Die Bauteile können nun mit den selben Befehlen wie im Schaltplan bearbeitet werden. Die Leiterbahnen werden mit dem Befehl ,,Route‘‘ gezogen. Hierbei sollte man jedoch beachten, dass man eine für die Schaltung angebrachte Leiterbahnen Breite verwendet.

Schaltungsbeschreibung

Funktion

In Abhängigkeit der Umgebungshelligkeit (gesteuert durch den Fotowiderstand) wird über das Relais K1 eine Last geschaltet (Z. B. eine Außenlampe). Die Relais-Spule zieht an, bis wieder Licht auf den Fotowiderstand fällt. Die Schaltschwelle lässt sich über das Potentiometer P1 einstellen.

Schaltung:

An den Klemmen X1.1 und X1.2 wird eine Gleichspannung (12V) angelegt. An X2.1 und X2.2 wird der Fotowiderstand angeschlossen. Die Diode D1 verhindert eine Falschpolung und unterbindet somit eine Beschädigung der Bauteile. Durch R1, P1 und den LDR fließt ein durch die Stellung von P1 definierter Strom. Fällt Licht auf den LDR verringert sich sein Widerstand und zieht somit die Spannung an der Basis von T1 nach unten. Wenn T1 leitfähig geschaltet ist, fließt ein Strom durch D2 und R2; T2 schaltet durch und das Relais K1 zieht an. R1 begrenzt den Basisstrom von T1. R2 begrenzt den Basisstrom von T2, um die Zerstörung der Transistoren bei falscher Poti-Stellung zu verhindern. C1 fängt kurze Spannungsschwankungen auf, damit das Relais nicht „flattert“.

Quelle der Schaltung: http://hobbyelektronik.de/praxis/projekte/lichtschranke-daemmerungssch/

Stückliste und Packageinformationen:

Als LDR kann z. B. der Lichtwiderstand A 9013 THT verwendet werden.

Einleitung/ Aufgabenbeschreibung

Im Rahmen des Projektes Selbstlernphase Block 2:  Autodesk Eagle (der Techniker Ausbildung) werden wir die technische Beschreibung und die Funktionsweise der LED mono Blitzer Schaltung mit einstellbarer Blinkfrequenz beschreiben.

Arbeitsauftrag

• Schaltungsbeschreibung
• Vorgehensweise zur Schaltplaneingabe
• Vorgehensweise der Boarderstellung
• Videotutorial

LED-Blinkerschaltung

Aufbau

Stückliste

Widerstände: R1: R-EU_0204/2V 0204V 100k, R2: R-EU_0204/2V 0204V 1k, R3: R-EU_0204/2V 0204V 22, R4: R-EU_0204/2V 0204V 1k

Kondensatoren: C1: C-EU025-024X044 C025-025X044 33µ, C2: C-EU025-024X044 C025-025X044 100µ

LED: LED1: LED5MM LED5MM

Transistoren: T1: BC547 NPN Transistor, T2: BC557 PNP Transistor

Funktionsweise

Interessant an dieser Blinkervariante ist, dass die LED mit der Spannung einer einfachen 1,5 V Batterie betrieben werden kann.

Bei Einschalten der Schaltung sind die Kondensatoren noch ungeladen. Die LED leuchtet nicht, die Transistoren haben nicht durchgeschaltet. Nun laden sich beide Kondensatoren, wobei C1 aufgrund einer hohen Zeitkonstante wesentlich langsamer lädt als C2. Sobald an C2 die erforderliche Basis-Emitterspannung von ca. 0,7V überschritten wird, schaltet T1 und in der Folge T2 durch. Am Kollektor von T2 liegt augenblicklich ein Potenzial von knapp 1,5V an. Das durch den Kondensator C2 aufgebaute Potenzial an der LED erhöht sich durch diesen Potenzialsprung ebenfalls plötzlich. Die LED leuchtet kurz auf und entlädt den Kondensator C2.  Laut der Webseite „Basteln mit Elektronik“ wiederholt sich der Vorgang nun immer wieder.

Nach der Theorie würde sich jedoch ein fester Zustand einstellen, da C1 nicht vollständig entladen wird und die Transistoren auf Dauer leitend wären.

Vorgehensweise zur Schaltplaneingabe

Man öffnet das Programm EAGLE. Unter dem Menüpunkt Datei erstellt man nun ein neues Projekt, Neu  Projekt.

Es erscheint das neu angelegte Projekt links im Menü. Mit einem Rechtsklick auf das Projekt erhält man weitere Auswahloptionen, wie z. B. die Umbenennung des Projekts. Um einen Schaltplan dem Projekt hinzuzufügen öffnet man unter Neu  Schaltplan ein neues Fenster.

Jetzt kann man in der Auswahlleiste links im neu geöffneten Fenster unter dem Symbol auf die Bibliothek zugreifen in der sämtliche Bauteile zu finden sind. In der Eingabeleiste

kann man zudem mit dem Befehl add die Bibliothek und mit dem Befehl use den Library Manager öffnen.

Hat man ein Bauteil ausgewählt, kann man dies mit der rechten Maustaste rotieren und im Schaltplan platzieren. Sollte man die Platzierung ändern wollen, kann man die Menüpunkte der unten abgebildeten Leiste verwenden oder die Befehle direkt in die die Eingabeleiste eingeben.

Mit Group kann man Bauteile auswählen, mit Move kann man sie verschieben, mit Rotate dreht man sie und mit Mirror kann man sie spiegeln.   

Zwei weitere Funktionen sind Info und Show.

Mit der Funktion Show können Objekte und Netze hervorgehoben werden. So lassen sich zueinander gehörige Objekte erkennen.

Mit Info kann man zu dem ausgewählten Bauteil alle Informationen beziehen, es werden die Eigenschaften des Bauteils gezeigt. Außerdem können hier Name und Wert des Bauteils, sowie die Position, der Winkel und die Spiegelung geändert werden.

Der Name und Wert des Bauteils kann auch anders geändert werden. Zum einen gibt es in der Menüleiste jeweils einen Button für Name und Wert, zum anderen können diese Befehle direkt in der Eingabeleiste eingegeben werden.

 

Um eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu erstellen, gibt es zwei Möglichkeiten. Zum einen Net und zum anderen Wire. Mit Wire zieht man allerdings nur Linien und man sollte deshalb nur mit Net ein Netzwerk zwischen den einzelnen Bauteilen erstellen.

 

Nach der Fertigstellung der Schaltung führt man einen so genannten ERC, Electrical Rule Check, durch. Dieser Test wird durchgeführt um drei Sachen zu prüfen:

1. Sind alle Ihre Netze richtig angeschlossen und auf Ihrem Schaltplan beschriftet?
2. Haben Sie widersprüchliche Ausgaben/Eingaben auf Ihrem Schaltplan?
3. Gibt es offene oder überlappende Pins und Anschlüsse auf Ihrem Schaltplan?

Es gibt verschiedene Arten von Fehlern:

Konsistenzfehler: Dieser Fehler bedeutet, dass etwas zwischen dem Schaltplan und dem PCB-Layout nicht stimmt und die Änderungen wahrscheinlich zwischen beiden Dateien nicht zeitgleich durchgeführt worden sind. Wenn dieser Fehler erscheint, müssen beide Versionen des Designs verglichen werden und Übereinstimmung herbei geführt werden, bevor weiter gearbeitet werden kann.

Fehler: Bei Fehlern muss die Entwicklung unterbrochen werden und die Ursachen beseitigt werden, bevor das Design fortgesetzt wird. Fehler können ziemlich schwerwiegend sein, wie z.B. ein unverbundener Pin, der die Funktion der gesamten Schaltung verhindert.

Warnungen: Warnungen bringen das Design möglicherweise nicht durcheinander, und die Entwicklung kann häufig fortgesetzt werden. So wird beispielsweise bei fehlenden Bauteilwerten eine Warnung ausgegeben. Dennoch ist es eine gute Praxis, die Warnungen zu überprüfen und ggfs. zu beheben bzw. zu billigen. 

Quelle: https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/schematic-basics-part-3-erc/

Vorgehensweise der Boarderstellung

Wenn man nun seine Schaltplan fertigt hat, kann man sich zum Erstellen der Platinen begeben.

Dazu drückt man auf den Befehl ,, Board erstellen/zum Board wechseln„. Diesen findet man unter dem Menü ,,Zeichnen„.

Nun öffnet sich ein neues Fenster. Der Schaltplan wird nun in einer etwas anderen Darstellung angezeigt. Die Verbindungen sind aber weiterhin sichtbar.

Die einzelnen Bauteile kann man nun auf die Platine ziehen, indem man zuerst den Befehl ,“Move“ auswählt und dann auf das Bauteil klickt und die linke Maustaste gedrückt hält. Move ist das Kreuz mit den Pfeilen. Zudem kann man mit diesem Befehl auch die Größe der Platine verändern. Sind nun alle Bauteile nach angeordnet, müssen sie die Leitungen noch verlegt werden.

Die gelben Linien zeigen, wie die Bauteile mit einander verbunden sind. Aber wir wollen wissen wie die Platine verlötet werden muss. Eine Platine hat einen Boden und eine Oberfläche. Im Layer kann an auswählen wo die Leiterbahnen verlaufen sollen. Entweder am Boden oder auf der Oberfläche.

Wählt man Top aus verlaufen die Leiterbahnen auf der Oberfläche, bei Bottom am Boden. Die Verbindungen werden in unterschiedliche Farben angezeigt. Bei Top in rot und bei Bottom in blau.

Um nun die Verbindungen festzulegen, wählt man den Befehl „Route“ aus. Diesen findet man ebenfalls bei den Befehlen an der linken Displayseite.

Nun zieht man die gelben Linien nach mit der rechten Maustaste kann man den Verlauf von den Verbindungen verändern. Wenn Kreuzungen sich nicht vermeiden lassen, muss man eine der Routen auf der Unterseite oder auf der Oberfläche verlöten. So könnte eine Platine aussehen.

Noch eine kleine Randinformation. Mit dem Befehl Hole kann man festlegen an welchen Stellen auf der Platine gebohrt werden muss.