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Entwickeln, Testen, Experimentieren, Lernen - mit Experimentierboards

Man findet sie bei professionellen Entwicklern genauso wie am Hobbyelektroniker-Platz, in der Ausbildung und in der Schule – Experimentierboards, oft auch Prototypenboards genannt, in verschiedenen Größen, Ausführungen und Ausstattungen. Sie ermöglichen einen schnellen, flexiblen und übersichtlichen Aufbau von elektronischen Schaltungen sowie ebenso das einfache Ausprobieren von Versionen und Bauteilen. Das Ganze erfolgt ohne Löten dank Steckkabeln schnell und flexibel.

Besonders wertvoll sind diese auch Steckbrett, Steckboard oder Breadboard genannten Experimentierboards für das Lernen. Schaltungen lassen sich blitzschnell und übersichtlich aufbauen, leicht variieren und ein schnelles Erfolgserlebnis ist garantiert.

Elektronik-Steckboard, Elektronik-Steckbrett, Steckplatine – Was ist ein Breadboard?

Der Begriff Breadboard stammt aus dem Englischen. Er bedeutet tatsächlich „Brotbrett”, im Deutschen oft auch als „Stullenbrett”, „Brotschneidebrett” oder „Frühstücksbrett” bezeichnet. Die frühen Breadboards sahen genauso aus. Darin haben die Elektroniker Nägel geschlagen, um diese die Verbindungsdrähte der Bauteile gewickelt und gleichzeitig so die Bauteile fixiert und verbunden.

Ein heutiges Breadboard besteht aus einem robusten Kunststoffkörper, in den Federkontaktklemmen aus Metall eingelassen und in bestimmten Strukturen angeordnet und verbunden sind. Die Kontaktklemmen sind sehr robust und bei hochwertigen Breadboards verschleißfest beschichtet.

Die Anordnung der Kontakte ist so gewählt, dass jeweils mehrere Kontakte (meist 5) in einer Reihe verbunden sind, getrennt von Stegen und farblichen Markierungen. Oft sind die Kontakte über ein Koordinatensystem aus Zahlen und Buchstaben beschriftet.

Über größere Bereiche quer dazu verlaufende Kontakte-Bereiche führen zentral die Betriebsspannung(en) und Masse.

Die Kontakte sind im international genormten Rastermaß von 2,54 mm angeordnet und können so die meisten elektronischen Bauteile, insbesondere auch IC‘s im DIL-Gehäuse direkt aufnehmen. Der meist maximal zulässige Durchmesser der Bauteilanschlüsse beträgt 0,8 mm.

Breadboards gibt es in sehr verschiedenen Formen und Größen. Oft sind sie durch Verrastungen zu Mehreren miteinander kombinierbar und so sind einfach Größenerweiterungen möglich.

Auf einem Breadboard können nur bedrahtete Bauteile und starre Drähte verwendet werden. SMD-Bauteile oder solche mit dickeren Anschlüssen, feindrähtige Leitungen oder in abweichenden Rastermaßen können über Adapter angeschlossen werden.

Breadboards sind nur bedingt für HF-Schaltungen, Schaltungen mit hohen Strömen und Spannungen geeignet. Hier sind die Anweisungen der Hersteller zu befolgen, um Misserfolge, Schäden und Unfälle zu vermeiden.

Die Verbindungsleitungen (Steckkabel oder „Breadboard-Kabel”) auf Breadboards werden passend zu den Steckkontakten und deren Rastermaßen angeboten. Sie gibt es sowohl als starre, in zahlreichen Rastermaßen vorgebogene, isolierte Leitungen, die eine gute Übersicht fördern, als auch als flexible, isolierte Leitungen mit Stecker- und Buchsenkontakten. Buchsenkontakte ermöglichen das Verlängern von Leitungen, die einfache Verbindung mit nicht in das Rastermaß passende Bauteilanschlüsse und extern zu platzierenden Bauteilen.

Prototypenadapter – die Hilfe für schnellen und übersichtlichen Schaltungsaufbau

Prototypenadapter (PAD) tragen einzelne Bauteile oder funktionelle Bauteilanordnungen. Sie sind eine sehr nützliche Aufbauhilfe auf Breadboard-Schaltungsanordnungen. Einerseits nehmen sie zum Breadboard inkompatible Bauteile wie SMD-Bauteile, Potentiometer, Relais, Bauteile mit abweichenden Rastermaßen oder solche mit zu starken oder zu dünnen Anschlüssen (<0,3 mm) auf.

Andererseits ermöglichen sie insbesondere für Einsteiger, Schüler und Auszubildende durch die vorhandene Anschlussbedruckung die einfache Anschlussidentifizierung und vermeiden so eventuelle Schäden. Adapter mit Klemm- oder Schraubanschlüssen erlauben die besonders einfache Integration externer Bauteile.

Das ELV-Angebot an Prototypenadaptern bietet eine enorme Vielzahl an Bauteilen – vom einfachen Widerstand bis zum auf dem Board integrierbaren Messgerät wie dem Mini-Voltmeter: analoge/lineare Bauteile, digitale Bauteile, passive Bauteile, aktive Bauteile, CMOS-Bausteine, gemischte Einsteigersätze.

Breadboard-Schaltungen mit diesen Prototypenadaptern sind besonders einfach und vor allem übersichtlich aufzubauen.

Als Spannungsquelle können verschiedene Spannungsquellen wie Netzteile, Batterien oder Akkus eingesetzt werden. Als gewisser Standard hat sich die 5-V-Versorgung etabliert. Hier ist oft ein schneller, verpolungs- und betriebssicherer sowie leicht verfügbarer Anschluss von USB-Netzteilen über eine USB Mini-, Micro- oder USB-C-Buchse möglich.

Noch komfortabler – Experimentiersysteme („Experimentier-Steckboard“)

Beim Aufbau von Experimentierschaltungen werden vielfach immer wieder Standard-Bauelemente wie Taster, Potentiometer, Spannungsregler, Schalter, Anzeigen etc. benötigt. Genau hier setzen die das Breadboard erweiternden Experimentiersysteme an.

Sie bieten rund um das Breadboard eine große Anzahl an festverbauten Elementen, dazu Adapter für externe Anschlüsse, bis hin zu ganzen Standard-Baugruppen wie Taktgebern oder Anzeigen an, die dann einfach über Steckleisten mit dem Breadboard verkabelt werden. So sind auch komplexere Aufbauten noch schneller und übersichtlicher realisierbar und die Anzahl der zu bevorratenden Bauteile und Adapter reduziert sich.

Der direkte Weg zur eigenen Platine

Will man eine auf dem Breadboard entwickelte und erprobte Schaltung in der Praxis einsetzen, blieben bisher nur die Wege über eine gedruckte Platine, denn eine gesteckte Breadboardschaltung wird im Dauereinsatz, bei dem viele äußere Faktoren wie z. B. Bewegung wirken, nicht lange betriebssicher bleiben.

Diese Platine muss entweder mit einem eigenen Platinenlayout-System entworfen und gefertigt werden oder man baut die Schaltung auf einer Lochrasterplatine neu auf. Der erste Weg ist für eine einzige Platine oft zu aufwändig und dabei ist es egal, ob man die Platine bei einem Dienstleister fertigen lässt oder mittels chemischer Ätz-Verfahren und Bohren/Fräsen selbst herstellt.

Der zweite Weg per Lochrasterplatine ist vor allem für unerfahrene Elektroniker fehlerträchtig und vor allem bei größeren Aufbauten kompliziert. Beides erfordert zudem Lötkenntnisse und entsprechende Löttechnik.

Letzteres trifft zwar auch auf die ELV Lochrasterplatinen für Steckboards zu, aber der eigentliche Schaltungsaufbau erfolgt zunächst wie vom Breadboard gewohnt. Man ordnet die Bauteile auf der auf einem Breadboard aufgelegten Lochrasterplatine an, verdrahtet sie und erprobt die Schaltung. In der Version mit integrierter Stromversorgung wird die Schaltung aufwändig und betriebssicher versorgt und auch gegen Fehlbehandlungen wie Kurzschluss, Überlast oder Verpolung gesichert. Bei der einfachen Version wählt man die Stromversorgung selbst.

Ist die Schaltung fertig aufgebaut, stehen zwei Möglichkeiten der Übertragung zur Verfügung. Einmal kann man eine zweite PAD5-Platine nehmen und die Schaltung identisch als Kopie hier nachbauen, indem man die Bauteile Stück für Stück einsetzt und auf der Lötseite verlötet. Gleiches erfolgt mit der Verdrahtung mit dem mitgelieferten lötfähigen Draht.

Die zweite Methode: Man nimmt die betriebsfertig aufgebaute PAD5-Lochrasterplatine nach dem kopfüber zu erfolgendem Auflegen auf einen Schaumstoffblock vom Breadboard ab und verlötet dann die Bauteilanschlüsse auf der Unterseite.

So erhält man auf einfache, chemiefreie und schnelle Art und Weise eine fertig aufgebaute, erprobte und robuste Schaltung, die man nur noch in ein passendes Gehäuse einbauen muss.