Hobby-lab: universele experimenteerprint

(gepubliceerd op 17-12-2021)

Wij presenteren onze universele experimenteerprint, waarop alle nabouwschakelingen zijn geboren die op dit blog zijn gepubliceerd. Als u zélf schakelingetjes ontwerpt kunt u er uw voordeel mee doen.

Filosofie van deze universele experimenteerprint

Ideaal als u zélf schakelingetjes ontwerpt

Dit is typisch een artikeltje voor die lezers die hun elektronica hobby niet kunnen bevredigen door schakelingen uit een tijdschrift of op internet na te bouwen, maar die ook eens af en toe zelf schakelingetjes willen ontwerpen.

U tekent dan eerst een schakeling op papier die, volgens uw beste kennis, aan de gestelde eisen voldoet. Het is echter zeer onverstandig om als volgende stap een definitieve print te ontwerpen. In de praktijk blijkt meestal dat u een of ander kleinigheidje over het hoofd hebt gezien, waardoor de schakeling ofwel helemaal niet werkt, ofwel niet zoals het moet.

Vandaar dat u, na de papieren fase, altijd uw schakeling op een experimenteerprint moet opbouwen, zodat het mogelijk is snel een weerstandje te vervangen door eentje met een hogere of lagere waarde of ergens een vergeten diode in te voegen.

Voor dit soort werkzaamheden hebt u een experimenteerprint nodig die zo ruim is opgezet dat u met uw soldeerbout bij een onderdeel kunt komen zonder de andere onderdelen zwart te blakeren. Bovendien moet die experimenteerprint faciliteiten hebben die de voedingsspanningen en de massa in de buurt brengt bij ieder onderdeel, zodat u met een minimum aan bedrading de schakeling kunt opbouwen.

Experimenteerprinten zijn toch te koop?

We moeten zonder meer toegeven dat er ontelbare experimenteerprinten in de handel zijn. Vaak zijn die voor een paar euro's te koop. Bovendien bestaan er breadboards waar u alle onderdelen in kleine gaatjes met intern doorverbonden contactjes kunt prikken. Tóch hebben wij, uit het jarenlange gebruik van dergelijke prints, de ervaring opgedaan dat de meesten erg ongeschikt zijn voor het al experimenterend ontwerpen van schakelingen. Ofwel wil de ontwerper van de print te veel op zijn geesteskind onderbrengen en wordt het totaal onoverzichtelijk. Ofwel is het ontwerp te eenvoudig en hebt u er in de praktijk al even weinig aan.

Bovendien zijn de 'prikborden' notoir onbetrouwbaar. Als u ooit in een gaatje het dikke aansluitdraadje van een draadgewonden weerstand hebt geprikt, dan is de kans groot dat dit gaatje nadien een slecht contact levert.

Deze ergernis heeft zich ontladen in het in dit artikel voorgestelde eigen ontwerp.

Experimenteerprinten die u kunt kopen. (© 2021 Jos Verstraten)

Aan welke eisen moet een experimenteerprint voldoen?

Als u een lijstje met eisen bedenkt, te stellen aan de ideale experimenteerprint, dan komt u ongetwijfeld ongeveer tot het volgende:

• De belangrijkste eis is wel dat de print plaats moet bieden aan zowel schakelingen met discrete componenten (weerstanden, condensatoren, transistoren, diodes) als schakelingen met IC's. Deze eis heeft tot gevolg dat er reeds een heleboel in de handel zijnde PCB'S van het lijstje afgevoerd kunnen worden.
• Op de tweede plaats moet er, rond de IC's, plaats zijn voor het solderen van weerstanden en condensatoren. Bij het gebruik van op-amp's moet u die schakelingen immers instellen en moet er plaats zijn voor het solderen van de terugkoppel onderdelen.
• Een derde eis is dat de print diverse lange track's moet bevatten, waarmee het mogelijk is alle onderdelen rechtstreeks met de voedingsspanningen en de massa te verbinden.
• Op de vierde plaats moet de experimenteerprint zo ruim zijn opgezet dat u met uw soldeerbout en de probes van uw meetapparatuur gemakkelijk bij alle aansluitingen van alle onderdelen kunt komen.

Uitgaande van deze eisen hebben wij de in de volgende paragraaf beschreven universele experimenteerprint ontworpen.

Onze universele experimenteerprint

Het ontwerp

De onderstaande figuur toont het ontwerp van onze print. De afmetingen zijn 140 mm bij 100 mm en u kunt deze dus belichten op een goedkoop standaard euro-formaat fotogevoelig printje van 160 mm bij 100 mm. De print heeft vijf van links naar rechts doorlopende track's voor drie voedingsspanningen en twee massa's. Die vijf track's eindigen zowel links als rechts in pad's waarin u soldeerlipjes moet solderen. Op deze manier kunt u de voedingsspanningen en de massa gemakkelijk aansluiten en kunt u diverse identieke printen naast elkaar zetten en deze track's verbinden.

Op het bovenste deel van de print is ruimte voor twee 14/16-pens IC's of vier 8-pens op-amp's. Zowel links als rechts zijn voeding- en massa-track's aanwezig. Dank zij de vier dubbele pad's onder de IC-voetjes kunt u zonder problemen terugkoppelingen tussen de uit- en de ingangen van op-amp's aanbrengen.

Op het onderste deel van de print kunt u naar hartenlust stoeien met discrete componenten. De afstand tussen de pad's bedraagt 6,35 mm. Er is dus ruimte zat om overal bij te kunnen met de punt van uw soldeerbout of met de probes van uw oscilloscoop.

Het ontwerp van onze universele experimenteerprint. (© 2021 Jos Verstraten)

De print zélf etsen

Er wordt wel beweerd dat het onmogelijk is om met een inkjet printer goede transparanten te maken voor het belichten van UV-gevoelige printplaat. Onze ervaring is anders. Wij printen het ontwerp twee keer op Avery 2503 overhead transparanten, een keer normaal en een keer gespiegeld. Nadat de inkt goed is gedroogd leggen wij die met de bedrukte zijden op elkaar en verzegelen wij dit met twee stukjes plakband. De zwarting van deze film is nu goed genoeg om zonder problemen een UV-gevoelige printplaat te belichten. De Avery 2503 transparanten van A4-formaat zijn bijvoorbeeld te koop bij Reichelt voor € 9,40 per tien vel.

Het boren van de print

U boort alle pad's uit met een boortje van 0,7 mm behalve de vijf meest linkse en de vijf meest rechtse. Die boort u met een boortje van 1,0 mm. Let op dat u de 32 pad's voor de pennetjes van de twee IC-voetjes niet mag boren.

De print laten maken

Als u geen mogelijkheden hebt om zélf printjes te etsen kunt u deze print ook laten maken. Daar hebt u drie bestanden voor nodig die zijn verenigd in het ZIP-bestand dat u van onze Google Drive cloud kunt downloaden:

Aanklikbare link ➡ Bestand voor de experimenteerprint

Dit ZIP-bestand bevat de onderstaande Gerber- en Excellon-files:

• Experimenteerprint_copper_top.gbr
  Het track- en pad-patroon van de koperzijde van de print.
• Experimenteerprint_outline.gbr
  Definieert de afmetingen van de print.
• Experimenteerprint_drillings.drl
  Definieert waar er gaten in de print moeten worden geboord.

Bij het on-line bestellen van de print(en) volstaat het dit ZIP-bestand te uploaden naar de fabrikant.

Het werken met de experimenteerprint

De soldeeroogjes aanbrengen

Voor het aansluiten van de voedingsspanning(en) en de massa kunt u het best in de vijf meest linkse en meest rechtse pad's soldeeroogjes aanbrengen. Let op dat u deze monteert op de koperzijde, dat wordt immers het werkoppervlak van deze universele experimenteerprint. 

Solderen van tien soldeeroogjes op de koperzijde
van de print. (© 2021 Jos Verstraten)

De IC-voetjes solderen

Ook deze voetjes komen op de koperzijde van de print. Soldeer deze op dezelfde manier waarop u een SMD-component soldeert. Vertin pad nummer 1, zet het voetje recht op de pad's en soldeer pennetje nummer 1 vast op het vertinde pad. Soldeer vervolgens pennetje 16 op het betreffende pad. Controleer nu zorgvuldig of het voetje goed op de pad's staat en soldeer alle overige veertien pennetjes op de pad's.

Een goede raad: gebruik kwalitatief uitstekende IC-voetjes, want zij moeten lang meegaan.

Het solderen van de IC-voetjes op de print.
(© 2021 Jos Verstraten)

Het eindresultaat

In de onderstaande foto ziet u één exemplaar van onze universele experimenteerprint, klaar voor gebruik.

De experimenteerprint is klaar voor gebruik.
(© 2021 Jos Verstraten)

Een schakeling opbouwen

Bij het experimenteel uitwerken van een schakeling werkt u uiteraard met ouderwetse axiale componenten. Die soldeert u op de koperzijde van de print en bovendien zonder dat u de draadjes inkort. Een voorbeeldje, in dit geval een eenvoudige astabiele multivibrator met twee transistoren, is voorgesteld in de onderstaande figuur.

Deze werkwijze heeft een aantal voordelen:

• U kunt gemakkelijk overal bij met de probes van uw meetapparatuur.
• U kunt snel een component uitsolderen en vervangen door een identiek onderdeel met een iets andere waarde.
• De gebruikte onderdelen gaan niet verloren, u kunt ze blijven toepassen.

Een klein schakelingetje als voorbeeld op de experimenteerprint. (© 2021 Jos Verstraten)

Inderdaad, goed gezien! Voor dit soort experimenterend werk gebruiken wij nog steeds oeroude transistoren in TO-18 behuizing. Heeft ook weer alles te maken met de gemakkelijke bereikbaarheid van alle pootjes met onze meetprobes. Bij het echt ontwerp kunnen deze zonder meer door moderne exemplaren in TO-92 worden vervangen.

Werkt de schakeling? Dan weer afbreken

Als uw schakeling alle tests glansrijk heeft doorstaan en de meetresultaten zijn zoals verwacht kunt u alle componenten weer los solderen. Dat gaat uiteraard heel erg gemakkelijk. Het overtollig soldeer op de experimenteerprint kunt u verwijderen met soldeerlitze of desoldeerpomp. Als u deze hulpmiddelen niet hebt kunt u een klodder soldeer smelten en de print met de rand hard op de tafel slaan. In de meeste gevallen valt het gesmolten soldeer op de tafel en is het betreffende pad weer vrij.

Op deze manier is de universele experimenteerprint weer klaar voor de volgende schakeling.

Is deze methode geschikt voor alle schakelingen?

Het is duidelijk dat de voorgestelde opbouw met alle aansluitdraadjes op de originele lengte heel andere parasitaire eigenschappen heeft dan dezelfde schakeling in de uiteindelijke versie op een specifiek voor de schakeling ontworpen print. Zolang u werkt met frequenties onder 1 MHz zult u daar echter nooit last van hebben. Wij hebben heel wat schakelingen al experimenterend ontworpen op deze printen en nooit vastgesteld dat de definitieve versie andere specificaties had dan de proefversie.

Als u echter experimenteert met hoogfrequente schakelingen raden wij af deze methode te gebruiken.

Het gebruik van een sjabloon

Eerst even tekenen

Vaak is het verstandig vóór het solderen even een schetsje op papier te maken van de manier waarop u de componenten het best op de universele experimenteerprint kunt onderbrengen. 

Voor dit doel hebben wij een sjabloon van onze print gemaakt, dat u hier kunt downloaden:

Aanklikbare link ➡ Sjabloon van de print
Dit sjabloon is een .JPG-bestand dat u kunt printen op een vel A4 en waarop u de onderdelen kunt intekenen.

Een voorbeeld

In het onderstaande voorbeeld ziet u hoe een gecompenseerd versterkertje, opgebouwd rond een op-amp 741, op de experimenteerprint kan worden opgebouwd. Door middel van twee kleine draadjes wordt het IC verbonden met de twee voedingsspanningen +12 V en -12 V. Nadien kunt u de externe onderdelen op een logische wijze rond het IC aanbrengen. Ook hier houdt u de nodige ruimte om te meten of om onderdelen te vervangen. Erg handig zijn de kleine strips onder de IC-voetjes. Hierdoor kunt u de terugkoppeling van de op-amp gemakkelijk op de print solderen.

Een klein schakelingetje uitgewerkt op het sjabloon. (© 2021 Jos Verstraten)

(Banggood sponsor advertentie)
ICL8038 function generator kit