Aufbau und Test der Elektronikplatine

Belichten, Ätzen und Bohren der Platine.

Für die Elektronikplatine besorgen Sie sich im Versandhandel oder im Elektronikladen eine fotobeschichtete Platine im Europaformat (16 cm x 10 cm).
Laden Sie das Platinenlayout hier herunter , öffnen es mit Microsoft Paint und drucken es mit einem Laserdrucker direkt auf eine Overheadfolie für einen Kopierer.
Der dünne Rahmen müsste gerade die 16 cm x 10 cm begrenzen.

Von der Platine wird die Schutzfolie entfernt und die Overheadfolie so auf die Platine gelegt, dass Sie die Schrift lesen können. Damit die Folie beim Belichten nicht wellt, wird sie mit einer dünnen Glasplatte abgedeckt. Danach wird die Platine mit einer geeigneten Lampe etwa 3 Minuten lang belichtet und anschließend mit einem Entwickler entwickelt.

An den Stellen, an denen die Overheadfolie schwarz ist, ist der Fotolack erhalten geblieben. An den lichtdurchlässigen Stellen sollte nun der Fotolack weg sein und blankes Kupfer glänzen. Beim anschließenden Ätzvorgang wird das Kupfer abgelöst, so dass dort nun das Platinenmaterial erscheint. Wo der Fotolack das Kupfer vor der Ätzflüssigkeit geschützt hat, sind die Leiterbahnen erhalten geblieben. Hier wird nun der Fotolack mit Aceton entfernt. Im Anschluss daran werden die Löcher für die Bauteile mit einem Bohrer von 0,8 mm oder 1,0 mm - am besten auf einer kleinen Standbohrmaschine - gebohrt. Vorsicht, die dünnen Bohrer brechen leicht ab, wenn man sie verkantet! Ihre Platine sollte dann etwa so aussehen wie auf dem Foto.

Bestücken der Platine.

Zunächst werden die Drahtbrücken (rot) gemäß dem Drahtbrückenplan entgelötet. Das können Sie auch später aus Drahtresten der Widerstände machen. Vergessen Sie aber unter keinen Umständen die Drahtbrücke unter dem 8-poligen Sockel des NE555! (Alle IC werden zweckmäßigerweise gesockelt, um einfach ausgetauscht werden zu können.) Die Lage der IC Fassungen ist hier grün eingetragen. Die Positionen der Kontrollpunkte (weiter unten im Text) sind blau beschriftet. Die Widerstandsarrays sind gelb eingetragen.

Anschließend werden die Bauteile bestückt. Die Widerstände werden alle senkrecht eingebaut. Bei den Lichtschrankenverstärkern folgt die Anordnung sehr eng dem Schaltplan. Die abgeflachten Seiten sämtlicher Transistoren auf der Platine zeigen nach links. Im Foto rechts erkennt man auch noch die Dioden für die Oder-Verknüpfung. Die Katodenringe aller Dioden zeigen nach oben. Darüber sieht man das aus zwei Transistoren bestehende Oder-Gatter. Man erkennt ganz rechts gerade noch den Kondensator des Schwingungserzeugers. Unten sehen Sie einen ULN 2803 für die Ansteuerung der Kontroll-LEDs. Die Kerbe zeigt nach rechts, Pin 1 ist also oben rechts (vgl. Punkt auf dem IC). Ganz unten sieht man das Widerstandsarray. Der gemeinsame Anschluss der Widerstände zum Pluspol ist mit einem Punkt bezeichnet. Das Foto zeigt die untere linke Ecke der Platine. Man sieht die Leiterbahnen durchscheinen. Vergleichen Sie auch mit dem Drahtbrückenplan oben.

Auf diesem Foto sind die 10 Schaltdioden noch besser zu erkennen. Darüber sieht man links das Oder-Gatter, daneben den IC 555 mit dem Kondensator links und den Arbeitswiderständen darüber. Rechts neben dem IC zeigt das Foto den Tonverstärker mit den beiden (senkrecht eingebauten) Elektrolytkondensatoren und dem Verstärkertransistor. Vom farbigen Kabel für den Lautstärkeregler (rot, gelb, blau) halb verdeckt ist das Potentiometer zu erkennen, mit dem der Ausgangspegel für die Soundkarte eingestellt wird, darüber sieht man den Koppelkondensator. Am gelben und blauen Kabel oben rechts ist der Lautsprecher angeschlossen.

Auf diesem Foto erkennt man drei der fünf Verstärkerstufen auf der rechten Seite der Platine. Die Anordnung ist genau spiegelverkehrt zur linken Seite. Die abgeflachten Seiten der Transistoren zeigen aber auch hier nach links. Auf der linken Seite des Fotos sind wieder der Tonverstärker und das Potentiometer für die Anpassung an die Soundkarte zu sehen.

Inbetriebnahme, Test und Einstellung.

Kontrollieren Sie zunächst die Platine auf Leiterbahnrisse und kalte Lötstellen.
Der Lautsprecher und das Potentiometer wird angeschlossen. Danach wird die Spannung von 5 Volt an die vorgesehenen Stellen oben an der Platine angelegt. Polung (siehe Kennzeichnung auf der Platine) beachten!

Erster Test.

Verbinden Sie einen der 100 kOhm Widerstände bei einem der Lichtschrankenverstärker mit dem Pluspol. Jetzt müsste ein Pfeifton aus dem Lautsprecher ertönen. Verändern Sie ggf. die Stellung des Lautstärke-Potentiometers.
Falls Sie den Tonverstärker nicht bestückt haben, schließen Sie ein Oszilloskop zwischen Masse und Pin 3 des NE 555 an. (Pin 3 ist unten der zweite von rechts - vgl. Foto oben). Es müssten Schwingungen zu sehen sein, solange der 100 kOhm Widerstand mit dem Pluspol verbunden ist.

Ist der erste Test zur Zufriedenheit verlaufen, verbinden Sie nun nacheinander jeden der 100 kOhm Widerstände der zehn Eingänge kurz mit dem Pluspol. Jedes Mal müsste ein Pfeifton zu hören sein, bzw. das Oszilloskop Schwingungen anzeigen. Falls nicht, ist ein Defekt im betreffenden Lichtschrankenverstärker oder der zugehörigen Schaltdiode.

War alles erfolgreich, Gratulation! Passen Sie nun den Ausgangspegel an die Soundkarte an (siehe unten).

Falls der erste Test nicht funktioniert.....

Hat der erste Test nicht funktioniert, müssen Sie systematisch vorgehen. Schließen Sie in diesem Fall ein Multimeter (Messbereich 20 V) zwischen dem Punkt B eines Lichtschrankenverstärkers und Masse (- Pol) an. Es müsste nahezu 0 Volt anzeigen. Wird nun der 100 kOhm Eingangswiderstand mit dem Pluspol verbunden, müsste die Spannung auf etwa 4 Volt steigen.
Wiederholen Sie den Test ggf. mit den anderen Lichtschrankenverstärkern. Klappt das, so sind die Lichtschrankenverstärker auf jeden Fall in Ordnung. Falls nein, dann steckt ein Fehler im betreffenden Lichtschrankenverstärker.

Schließen Sie nun das Multimeter am Punkt C (nach dem Oder-Gatter) an. Wird wieder der Eingang eines der Lichtschrankenverstärker (100 kOhm Widerstand) mit dem Pluspol verbunden, müsste hier das Multimeter von nahe 0 Volt auf fast 5 Volt wechseln. Klappt das bei allen Eingängen, dann ist das Oder-Gatter in Ordnung. Der Fehler kann dann nur noch im Tonerzeuger liegen.
Kontrollieren Sie hier die Lötverbindungen (wurde an die Drahtbrücke unter dem IC gedacht?) und wechseln Sie den IC aus. Ein Fehler in einem der Widerstände oder dem Kondensator ist nicht wahrscheinlich.

Wenn Sie den Pegelwechsel an Punkt C nicht beobachten, aber die Lichtschrankenverstärker in Ordnung waren, dann kann der Fehler nur im Oder-Gatter stecken. Schließen Sie das Multimeter in diesem Fall an einem der Katodenringe der Dioden an. Beim Berühren eines Eingangs müsste die Spannung von nahe 0 Volt auf etwas über 3 Volt steigen. Der Ausgang des ersten Transistors (Kollektor gegen Masse) wechselt dann von 5 Volt auf nahe 0 Volt.

Anpassung an den Computer.

Zuletzt müssen Sie noch den Ausgangspegel des Tonerzeugers an die Soundkarte anpassen. Der NE555 erzeugt ein Rechtecksignal mit 5 Volt Spannungsspitze. Der LineIn-Eingang einer Soundkarte ist aber auf ein Signal von 1 Vss ausgelegt.
Daher muss der Ausgangspegel reduziert werden. Schließen Sie ein Oszilloskop zwischen dem Ausgangskondensator und Masse an und regeln Sie das Potentiometer so ein, dass Sie Spannungsimpulse von etwa 0,5 V bis 1 V messen. Diesen Abgleich müssen Sie nur einmal vornehmen.

Einbau der Platine und letzte Tests.

Nun können Sie die Platine einbauen und die Lichtschrankentransistoren (und ggf. die Kontroll-LEDs) anschließen. Wenn Sie nun mit dem Finger zwischen den beiden U-Schienen durchfahren, müsste bei jeder Verdunklung der Pfeifton zu hören sein und/oder die zugehörige LED aufleuchten.