Tutorium Laboreinführung

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1 Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften Fakultät Elektrotechnik Tutorium Laboreinführung Laborleiter: Kursbetreuer: Prof. Dr. Dipl.-Ing. W. Noack Freiwilliger Lötkurs 1. Teilnehmer: Matrikelnr.: 2. Teilnehmer: Matrikelnr.: Datum Durchfürung Gruppen- Kennzeichen Tln. Vorbereitung Durchführung Bericht Form Bericht Inhalt Gesamtnote 1 2 Zugangsvoraussetzungen und Zielgruppe des Kurses Der Lötkurs ist eine freiwillige Veranstaltung im Rahmen des Tutoriums Laboreinführung (Tu- La). Voraussetzung ist die fristgerechte Anmeldung zum TuLa und die Teilnahme an der Einführungsveranstaltung zum TuLa mit Sicherheitsbelehrung. Am Lötkurs teilnehmen sollten alle Studierenden des 1. Semesters, die keine oder nur wenig Erfahrungen im praktischen Umgang mit elektronischen Bauelementen und dem Lötkolben haben. Soweit es die zur Verfügung stehenden Plätze für den Lötkurs zulassen, sind auch alle anderen interessierten TuLa-Teilnehmer willkommen. Organisation des Kurses Für den Lötkurs ist eine Dauer von 2 Stunden vorgesehen. Der bzw. die Termine werden durch Aushang am Schwarzen Brett des TuLa bekannt gegeben. Dort hängen auch die Teilnehmerlisten aus, in die sich die Interessenten eintragen müssen. Alle erforderlichen Materialien und Werkzeuge werden den Teilnehmern im Labor zur Verfügung gestellt. Der Kurs wird nicht im Labor Grundlagen der Elektrotechnik (Raum C002), sondern im Elektronikpraxislabor (neben Hörsaal E) durchgeführt. Die Teilnehmer dürfen die beim Kurs aufgebaute Schaltung für weitere Experimente und Messungen mit nach Hause nehmen. Die Materialkosten werden vom Labor getragen. Ausbildungsziele des Kurses Die Teilnehmer sollen im Rahmen des Bestückens und Verlötens einer Leiterplatte (auch Platine genannt) das Aussehen von und den Umgang mit bedrahteten passiven und aktiven Bauelementen kennen lernen. Hierdurch sollen grundlegende handwerkliche Fertigkeiten im Umgang mit elektronischen Bauelementen vermittelt und der Praxisbezug des Studiums erhöht werden, was die Motivation der Erstsemester steigern soll. Sicherheitshinweise Beim Arbeiten mit dem Lötkolben besteht erhebliche Verbrennungsgefahr. Berühren Sie niemals die metallische Seite des Lötkolbens oder die mit ihm erhitzten Bauelemente oder Lötnägel! Tragen Sie während des Kurses eine Schutzbrille! Durch spritzendes Lötzinn oder abgekniffene Drahtenden können u. a. Augenverletzungen verursacht werden. Vermeiden Sie Bekleidung aus reinen Kunststoffen, da sie durch heißes Lötzinn beschädigt werden kann. Die zum Abschneiden der Drahtenden der Bauelemente verwendeten Seitenschneider sind sehr scharf. Halten Sie immer genügend Abstand von Ihren Fingern! Achten Sie darauf, dass Drahtenden beim Abkneifen mit dem Seitenschneider in der Schale mit den Bauelementen landen und nicht quer durch den Raum fliegen und andere Personen gefährden! Version vom Seite 1 von 4

2 V1 Beschreiben Sie mit jeweils einem Satz den Zweck der folgenden Bauelemente: a) elektrischer Widerstand, siehe Bild 1, b) Kondensator, siehe Bild 2, c) Diode, siehe Bild 3, d) Lumineszenzdiode (LED), siehe Bild 4, e) Transistor, siehe Bild 5. Geben Sie jeweils Ihre Informationsquelle an, sofern Sie die Antwort nicht selbst wussten. Bild 1 Widerstand Bild 2 Elektrolytkondensator Bild 3 Diode Bild 4 LED Bild 5 Transistor V2 Die Leiterplatte, die Sie zum Aufbau Ihrer Schaltung verwenden werden, besteht aus dem Basismaterial FR4, auf dessen Ober- und Unterseite Leiterbahnen aufgebracht sind, die die elektrischen Verbindungen zwischen den Bauelementen herstellen. Bei der Leiterplatte sind die Lötstellen bereits vorverzinnt, siehe Bild 6. a) Was ist FR4? Aus welchen beiden Hauptkomponenten besteht es? b) Aus welchem Material bestehen die Leiterbahnen? Bild 6 Oberseite der Leiterplatte V3 Sie werden von der Oberseite (Bestückungsseite) der Leiterplatte aus die Anschlussdrähte der Bauelemente durch die Bohrungen der Leiterplatte stecken und auf der Lötseite mit Lötzinn verlöten. a) Woraus besteht Lötzinn? b) Bei welcher Temperatur schmilzt Lötzinn? D1 Kontrollieren Sie die Vollständigkeit Ihres Materials. Sie benötigen 5 Widerstände mit 3 verschiedenen Widerstandswerten 2 Kondensatoren (quaderförmig, rot) 2 Tantal-Elektrolytkondensatoren (tropfenförmig, hellbraun, mit Markierung des Pluspols) 1 Diode (schwarz mit silberfarbigem Ring an der Kathoden-Seite des Gehäuses) 2 LEDs (je eine grüne und eine rote; die Kathode ist an der abgeplatteten Seite des Gehäuses) 2 Transistoren im Metallgehäuse (die richtige Einbaulage ergibt sich aus Bild 7) 3 Schalter (blauer Kunststoffsockel mit Metallbügel) 6 Lötnägel 1 Leiterplatte Widerstandsuhr zur Bestimmung des Wertes von Widerständen sowie eine hitzebeständige Unterlage, Lötstation, Lötzinn, Seitenschneider, Flachzange, Schutzbrille, Gleichspannungsnetzgerät 21-xx, 2 Laborkabel, 2 Klemmprüfspitzen (in der obersten Schublade Ihres Labortisches, siehe Bild 9) Version vom Seite 2 von 4

3 D2 Bestücken und verlöten Sie die Bauelemente auf der Leiterplatte. Bild 7 zeigt den Bestückungsplan (von der Oberseite der Leiterplatte aus gesehen). Bild 7 Bestückungsplan der Leiterplatte Sie beginnen mit den flachsten Bauelementen (Widerstände) und enden mit den höchsten Bauelementen (LEDs). Die Anschlussdrähte der Widerstände und der Diode sind zunächst so zu biegen, dass sie genau durch die vorgesehenen Bohrungen passen. Die Anschlussdrähte werden nach dem Durchstecken etwas nach außen gebogen, um die Bauelemente in ihrer Lage zu fixieren. Widerstände, Kondensatoren, Diode und Schalter sollen direkt auf der Bestückungsseite der Leiterplatte aufliegen. Die LEDs und die Transistoren werden mit einigen Millimetern Abstand von der Leiterplatte montiert, um ihre thermische Belastung beim Löten zu verringern. Bei der Diode, den LEDs, den Elektrolytkondensatoren und den Transistoren müssen Sie unbedingt auf die richtige Polung der Bauelemente achten (siehe Hinweise unter D 1 sowie Bild 7). Hierzu erhalten Sie ggf. weitere Hinweise während des Kurses. Nachdem Sie eine Gruppe von gleich hohen Bauelementen von der Oberseite der Leiterplatte aus montiert haben, werden diese auf der Unterseite der Leiterplatte verlötet. Dazu halten Sie die mit einer kleinen Menge Lötzinn benetzte Spitze Ihres Lötkolbens an die beiden miteinander zu verlötenden Teile. Erst dann, wenn beide heiß sind, geben Sie vorsichtig etwas Lötzinn hinzu und achten darauf, dass es die miteinander zu verbindenden Teile benetzt und vollständig verflüssigt ist (anderenfalls gibt es eine kalte Lötstelle, die keine oder nur eine schlechte elektrische Verbindung darstellt). Eine gute Lötstelle hat die Form eines Kegels und ist metallisch glänzend. Danach entfernen Sie den Lötkolben und lassen die Lötstelle ohne mechanische Erschütterungen abkühlen. Achten Sie darauf, dass keine unerwünschten Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnen durch zu reichliche Zugabe von Lötzinn entstehen. Sollte dies doch einmal passieren, melden Sie sich bitte beim Laborpersonal. Ihnen wird dann beim Entfernen des überschüssigen Lötzinns mittels Entlötlitze oder einer Absaugpumpe geholfen. Version vom Seite 3 von 4

4 Nach dem Abkühlen der Lötstelle schneiden Sie die überstehenden Anschlussdrähte mit dem Seitenschneider unter Berücksichtigung der Sicherheitshinweise (s. o.) direkt über der Lötstelle ab. Zum Schluss werden die Lötnägel (ggf. unter Verwendung der Flachzange) von der Leiterplattenoberseite aus in die Bohrungen eingepresst, die in Bild 7 mit TP1, TP2, TP3, GND, V+ und V- bezeichnet sind und von der Unterseite aus verlötet. Wenn Sie mit dem Löten fertig sind, streichen Sie verbliebenes Lötzinn an der Spitze des Lötkolbens am befeuchteten Schwämmchen der Lötstation ab und schalten die Lötstation aus. D3 Nehmen Sie Ihre Schaltung in Betrieb. Dazu schalten Sie das Gleichspannungsnetzgerät 21-xx ein, stellen eine Spannung von 5 V und einen Maximalstrom von 0,3 A ein. Erst danach schließen Sie das Netzgerät mit Laborkabeln und Klemmprüfspitzen (siehe Bild 8) an die beiden Lötnägel neben der Diode an. Der Anschluss an der Ecke der Leiterplatte (V+ in Bild 7) ist der positive Anschluss, der andere (V- in Bild 7) der negative Anschluss ( Masse ) für die Versorgungsspannung. Sie können die Schaltung nach dem Lötkurs auch an einer 9 V-Blockbatterie betreiben. Dazu ist es empfehlenswert, die Batterie mittels eines Batterieclips an die Schaltung anzuschließen. Bild 8 Klemmprüfspitze zum Anschluss der Versorgungsspannung an die Leiterplatte Die von Ihnen aufgebaute Schaltung ist eine astabile Kippschaltung, die auch als Multivibrator bezeichnet wird (siehe Vorlesung Grundlagen der Digitaltechnik im 2. Semester). Den Schaltplan finden Sie im Anhang. Die Schaltung erzeugt zwei näherungsweise rechteckförmige Schwingungen an ihren beiden Ausgängen, die über die beiden mit TP1 und TP2 bezeichneten Lötnägel neben den LEDs zugänglich sind. Die Leuchtdioden zeigen die Ausgangssignale an. Mit den beiden Schaltern direkt neben den Elektrolytkondensatoren (S1 und S2 in Bild 8) lasen sich die Form und Frequenz der Schwingung verändern, indem die Werte der frequenzbestimmenden Kondensatoren umgeschaltet werden. Nach dem Lötkurs können Sie an den mit TP1 und TP3 bezeichneten Lötnägeln einen kleinen Lautsprecher anschließen, um die erzeugte Schwingung auch hörbar zu machen. A1 Geben Sie am Ende des Kurses Ihre schriftliche Vorbereitung ab, die Sie um folgende Informationen ergänzen: a) Was hat Ihnen am Kurs besonders gut gefallen? b) Welche konkreten Verbesserungsvorschläge haben Sie für den Lötkurs (einschließlich Umdruck)? Sie erhalten Ihre Unterlagen nach der Durchsicht zurück. Anhang Schaltplan des Multivibrators Version vom Seite 4 von 4

5 R3 180k R4 180k R1 R k0 R5 2k0 S3 LED1 C1 C2 LED2 2µ2 2µ2 + S1 S2 + TP1 C3 C4 220n 220n T2 BC107 T1 BC107 GND D1 1N4007 TP3 TP2 V+ V :00:22 C:\Programme\EAGLE-4.11r2\projects\TuLa\TuLa.sch (Sheet: 1/1)