Steckbrett (Breadboard)

Fast jede Schaltung, die später auf einer Platine landet, hat ihr Leben auf einem Steckbrett begonnen. Ein Steckbrett – englisch Breadboard, auch lötfreie Steckplatine genannt – ist ein Kunststoffblock voller Löcher, unter denen Federkontakte sitzen. Du steckst Widerstände, LEDs, Transistoren und ICs einfach hinein, verbindest sie mit Drahtbrücken und hast in Minuten eine funktionierende Schaltung. Gefällt sie dir nicht, ziehst du die Teile wieder heraus. Für Experimente und Lernen ist das unschlagbar; jeder Elektronik-Experimentierkasten setzt auf diese Idee. Der Name stammt übrigens aus der Frühzeit der Elektronik, als man Schaltungen auf Holzbrettchen – gern auch auf Brotbrettern – mit Nägeln und Schrauben aufbaute.

Aufbau und innere Verbindungen

Die Löcher liegen im Raster 2,54 mm (0,1 Zoll), passend zu den Beinen bedrahteter Bauteile und zu Stiftleisten. Entscheidend ist, welche Löcher innen miteinander verbunden sind:

• Kontaktreihen: Im Mittelfeld sind jeweils fünf Löcher einer kurzen Reihe verbunden, meist mit den Buchstaben a bis e und f bis j beschriftet. Die Reihen sind nummeriert, auf einem großen Brett von 1 bis 63.
• Mittelkanal: Zwischen e und f liegt eine Rinne von 7,62 mm (0,3 Zoll). Ein IC im DIP-Gehäuse überbrückt sie genau; so bekommt jeder Pin seine eigene Reihe mit vier freien Löchern.
• Versorgungsschienen: An den Rändern laufen zwei lange Reihen über die ganze Länge, markiert mit roter (Plus) und blauer Linie (Minus). Bei manchen Brettern sind sie in der Mitte unterbrochen – erkennbar an einer Lücke in der farbigen Linie.

Unter jeder Fünferreihe sitzt ein Streifen aus federndem, vernickeltem oder verzinntem Metall mit fünf Klemmzungen. Steckst du einen Draht hinein, drückt er die Zungen auseinander, und sie klemmen ihn von beiden Seiten.

Übliche Größen sind 830 Kontakte (volle Größe), 400 Kontakte (halbe Größe) und Mini-Bretter mit 170 Kontakten ohne Versorgungsschienen. Viele Bretter haben eine Nut und Feder an den Seiten, sodass du mehrere zusammenstecken kannst, und eine selbstklebende Unterseite.

Eine Schaltung aufbauen

Der Weg vom Schaltplan zum Aufbau ist immer gleich: Jeder Knoten im Schaltplan wird eine Reihe auf dem Steckbrett, jede Leitung eine Drahtbrücke oder ein gemeinsames Loch. Ein einfaches Beispiel ist eine LED mit Vorwiderstand und Taster an 5 V: Eine rote Drahtbrücke führt von der Plusschiene in die Reihe des einen Tasterbeins, das andere Tasterbein teilt sich eine Reihe mit dem Widerstand, dessen zweites Bein in derselben Reihe wie die Anode (langes Bein) der LED steckt. Die Kathode bekommt eine eigene Reihe, von der eine schwarze Brücke zur Minusschiene führt. Vier Knoten im Schaltplan, vier Reihen auf dem Brett.

Den Vorwiderstand rechnest du schnell mit dem LED-Vorwiderstand-Rechner nach, den Wert eines Widerstands liest du mit dem Farbcode-Rechner ab.

Bewährte Gewohnheiten beim Aufbau:

• Farben einhalten: Rot für Plus, Schwarz oder Blau für Masse, andere Farben für Signale. Das spart bei der Fehlersuche viel Zeit.
• Kurze, flache Drahtbrücken: Vorgebogene Brücken aus Volldraht, flach auf dem Brett, sind übersichtlicher und zuverlässiger als ein Gewirr aus fliegenden Jumperkabeln.
• Versorgung zuerst: Schienen anschließen und mit dem Multimeter prüfen, bevor Bauteile dazukommen.
• ICs über den Mittelkanal, Kerbe in eine einheitliche Richtung.
• Abblockkondensator von 100 nF direkt zwischen Plus- und Masse-Pin jedes ICs.

Zubehör

• Drahtbrücken: vorgebogene Volldrahtstücke in verschiedenen Längen, oder Draht von der Rolle mit einem Querschnitt um 0,5 mm (AWG 22–24).
• Jumperkabel: flexible Litzen mit Stift- oder Buchsenenden, um Module mit Stiftleisten anzuschließen.
• Versorgungsmodul: wird auf die Schienen gesteckt und liefert aus USB oder einem Steckernetzteil 5 V und 3,3 V.
• Adapterplatinen für SMD-Bauteile, die selbst nicht ins Raster passen.
• Mikrocontroller-Boards mit Stiftleisten, die direkt über den Mittelkanal gesteckt werden.

Grenzen des Steckbretts

Das Steckbrett ist ein Werkzeug für langsame Kleinsignalschaltungen. Die Federkontakte haben einen Übergangswiderstand im Bereich von einigen zehn Milliohm, der mit ausgeleierten oder verschmutzten Kontakten deutlich steigt. Mehr als etwa 1 A pro Kontakt solltest du ihnen nicht zumuten; Motoren und Leistungs-LEDs gehören nicht aufs Steckbrett.

Benachbarte Reihen bilden parallele Metallstreifen, also einen kleinen Kondensator von einigen Pikofarad. Jede Drahtbrücke hat Induktivität, grob 10 nH pro Zentimeter. Bei langsamen Signalen merkst du davon nichts, bei schnellen sehr wohl.

Blindwiderstände für andere Werte rechnest du hier aus:

Daraus folgt: Schaltungen mit Frequenzen über einige Megahertz, schnelle Schaltregler, HF, empfindliche Messverstärker und alles mit hohen Strömen gehören auf eine Platine. Auf dem Steckbrett laufen sie oft nur unzuverlässig oder gar nicht.

Fehlersuche und Praxistipps

Wenn eine Schaltung auf dem Steckbrett nicht läuft, liegt es erstaunlich oft am Brett selbst. Typische Ursachen:

• Versorgungsschiene unterbrochen: Bei langen Brettern reicht die Schiene nicht über die ganze Länge. Mit einer Brücke überbrücken.
• Bauteil um eine Reihe versetzt: Ein Bein steckt eine Reihe daneben. Von oben genau zählen.
• Beide Beine in derselben Reihe: Das Bauteil ist kurzgeschlossen.
• Ausgeleierte Kontakte: Dicke Beine von Leistungsdioden oder Stiftleisten weiten die Federn, dünne Drähte haben dort danach keinen Kontakt mehr.
• Litze statt Volldraht: Einzelne Drähtchen spreizen sich, brechen ab und bleiben im Kontakt stecken.
• Offene Eingänge: Ein nicht angeschlossener CMOS-Eingang schwingt frei und erzeugt Fantasiewerte.

Systematisch gehst du vor wie bei jeder Fehlersuche: Versorgung messen, dann Signal für Signal vom Eingang zum Ausgang verfolgen. Empfindliche Bauteile wie MOSFETs und CMOS-ICs fasst du dabei mit geerdeter Hand an (siehe ESD).

Für dauerhafte Aufbauten ohne eigene Platine gibt es Lochrasterplatinen und Streifenrasterplatinen, auf die du die Bauteile lötest. Das Layout lässt sich vom Steckbrett fast eins zu eins übernehmen; manche Streifenrasterplatinen sind sogar wie ein Steckbrett aufgeteilt.

Selbsttest