Leiterplattenkomponenten erklärt: Ein Leitfaden für Anfänger zu elektronischen PCB-Komponenten und ihren Funktionen
Wenn man fast jedes Gerät öffnet, findet man eine grüne oder schwarze Platine, die mit kleinen Bauteilen bestückt ist. Einige sind so groß wie ein Reiskorn. Es sieht aus, als bräuchte man einen Abschluss, um das zu verstehen.
Das braucht man nicht. Es gibt etwa neun Arten von Bauteilen auf dieser Platine, jedes erledigt eine Aufgabe, und sobald man sie benennen kann, kann man fast jede Leiterplatte betrachten und ihren Sinn verstehen.
Dieser Leitfaden geht sie nacheinander durch. Für jedes Bauteil: was es tut, wie es aussieht, damit man es auf einer echten Platine finden kann, und ein einfaches Beispiel, wie es seine Aufgabe erfüllt. Keine Mathematik, bis Sie sie brauchen.
Was sind Leiterplattenkomponenten?
Es gibt zwei verschiedene Dinge, und es hilft, sie zu trennen.
Die Platine ist das flache grüne Ding. Es ist Fiberglas mit dünnen Kupferleitungen, die darauf gedruckt sind, und diese Leitungen sind nur Drähte: Sie transportieren Strom von einem Ort zum anderen und tun nichts anderes. Diese Platine allein ist völlig nutzlos. Sie kann nichts tun.
Die Komponenten sind die Bauteile, die darauf befestigt sind. Sie sind es, die die eigentliche Arbeit verrichten, und die Kupferleitungen verbinden sie miteinander. Wenn also jemand von "PCB-Komponenten" spricht, meint er die Bauteile, nicht die Platine.
Das Anbringen wird als Bestückung bezeichnet. Kleine flache Teile werden mit Lötpaste verklebt und in einem Ofen gebacken. Teile mit Beinen werden durch Löcher in der Platine gesteckt und auf der Rückseite verlötet. Die meisten Platinen haben beides, weshalb man winzige, kaum zu greifende Bauteile neben einer klobigen USB-Buchse findet.
Noch etwas, das man früh wissen sollte, weil es erklärt, warum Platinen so überfüllt aussehen: Kein Bauteil kann mehr als seine eine Aufgabe erfüllen. Ein Mikrocontroller führt Ihren Code aus, aber er kann sich nicht selbst die richtige Spannung zuführen, eine verrauschte Stromversorgung bereinigen oder sich selbst schützen, wenn Sie die Batterie verkehrt herum anschließen. Er benötigt andere Bauteile um sich herum, um all das zu tun. Das meiste, was Sie auf einer Platine sehen, ist diese Unterstützung.
Die häufigsten Leiterplattenkomponenten
Neun Arten von elektronischen Leiterplattenkomponenten decken fast alles ab, was Ihnen begegnen wird. Hier sind sie, grob in der Reihenfolge, in der ein Anfänger sie kennenlernt.
Widerstände
Was er tut: Ein Widerstand hält Elektrizität zurück. Stellen Sie sich einen engen Abschnitt in einem Schlauch vor. Weniger kommt durch.
Wie man ihn erkennt: Wenn er Beine hat, ist es ein kleiner beiger oder blauer Zylinder mit farbigen Streifen. Wenn er flach auf der Platine sitzt, ist es ein winziges schwarzes Rechteck mit einer dreistelligen Zahl darauf. In jedem Fall beginnt die Beschriftung daneben auf der Platine mit R.
Warum man einen braucht: Schließen Sie eine LED direkt an eine Batterie an, und sie brennt in einer Sekunde durch, weil nichts den Stromfluss begrenzt. Setzen Sie zuerst einen Widerstand dazwischen, und die LED leuchtet jahrelang glücklich. Das ist die häufigste Aufgabe eines Widerstands, und deshalb wird jedes Anfängerset mit einem Beutel davon geliefert.
Widerstände erledigen zwei weitere Aufgaben, die Sie schnell kennenlernen werden. Zwei davon hintereinander können einen Lichtsensor in eine Zahl umwandeln, die Ihre Platine lesen kann, da eine Platine nur Spannung messen kann und zwei Widerstände zusammen "wie viel Licht" in "wie viel Spannung" umwandeln. Und ein Widerstand, der mit einem Taster verbunden ist, verhindert, dass der Taster Unsinn anzeigt, wenn niemand ihn drückt, worauf wir im Abschnitt "Fehler" zurückkommen werden.
Die Zahlen, wenn Sie sie wollen: Der Widerstand wird in Ohm (Ω) gemessen. Für eine LED auf einer 3,3-V-Platine ist 330 Ω die übliche Wahl und liefert etwa 4 mA Strom, was hell genug zum Sehen und sanft genug ist, um sicher zu sein. Für Tasten sind es 10 kΩ.
Probieren Sie es selbst aus: 1.2 LED Blink verwendet einen, um eine LED zu schützen, 2.3 Photoresistor Analog Read verwendet zwei, um Licht zu lesen, und 2.1 Button Counter verwendet einen an einem Taster.
Kondensatoren
Was er tut: Ein Kondensator ist eine winzige wiederaufladbare Batterie, die sich sehr schnell füllt und entleert. Er speichert ein wenig Strom und gibt ihn sofort zurück, wenn etwas ihn benötigt.
Wie man ihn erkennt: Die kleinen sind flache braune oder beige Rechtecke, leicht mit Widerständen zu verwechseln, beschriftet mit C. Die großen sind unverkennbar: kleine Aluminiumdosen, die von der Platine abstehen, mit einem hellen Streifen an einer Seite.
Warum man einen braucht: Wenn eine WLAN-Platine etwas sendet, braucht sie plötzlich für einen Bruchteil einer Sekunde einen großen Schluck Strom. Das Netzteil kann nicht so schnell reagieren, so dass die Spannung abfällt und die Platine sich selbst zurücksetzt. Ein Kondensator, der direkt neben dem Chip sitzt, deckt diesen Schluck aus seinem eigenen kleinen Speicher ab, und nichts fällt ab. Deshalb sind Kondensatoren auf Platinen überall verstreut und nicht in einer einzigen ordentlichen Ecke: Jeder muss neben dem Chip sitzen, den er schützt.
Sie räumen auch unsaubere Energie auf. Elektrizität, die von einem billigen USB-Ladegerät kommt, ist voller schneller kleiner Schwankungen, und ein Kondensator leitet diese zum Boden ab, bevor sie etwas erreichen, das davon gestört würde.
Die eine Sache, auf die man achten muss: Die großen, dosenartigen gehen nur in eine Richtung. Der Streifen markiert die negative Seite. Wenn man einen falsch herum einsetzt, kann er laut platzen, und es wird fürchterlich riechen.
Sie werden diese noch eine Weile nicht selbst einbauen, und das ist in Ordnung. Ihr Entwicklungsboard wurde bereits mit allen Bauteilen geliefert. Genau deshalb funktioniert es zuverlässig, während ein blanker Chip auf einem Steckbrett nicht funktionieren würde.
Dioden
Was sie tut: Eine Diode ist eine Einbahnstraße für Elektrizität. Vorwärts lässt sie Strom durch. Rückwärts blockiert sie ihn.
Wie man sie erkennt: Ein kleiner Glas- oder schwarzer Zylinder mit einem Band, das nahe an einem Ende bemalt ist. Dieses Band markiert das Ende, an dem Elektrizität austritt. Beschriftet mit D.
Warum man eine braucht: Meistens, um sich selbst zu retten. Setzen Sie eine Diode in den Stromeingang ein, und wenn Sie die Batterie verkehrt herum anschließen, passiert einfach nichts, anstatt alles auf der Platine zu zerstören. Viele der Dioden, die Sie sehen, dienen rein diesem Zweck.
Die andere häufige Aufgabe ist das Abfangen des Rückschlags eines Motors. Wenn man einem Motor oder Relais den Strom abschaltet, sendet die Spule im Inneren einen kurzen Spannungsimpuls rückwärts durch den Draht, und dieser Impuls wird irgendwann das zerstören, was ihn geschaltet hat. Eine Diode, die quer über den Motor geschaltet ist, gibt diesem Impuls einen harmlosen Weg.
Dioden wandeln auch Netzstrom in die Art von Strom um, die Elektronik verwenden kann, vier davon arbeiten zusammen in jedem Telefonladegerät, das Sie besitzen.
LEDs
Was sie tut: Eine LED ist eine Diode, die leuchtet. Gleiches Einwegverhalten, plus Licht.
Wie man sie erkennt: Bei einem fertigen Produkt ist es das kleine Licht, das anzeigt, dass das Gerät eingeschaltet ist oder lädt. Auf einer Platine sucht man nach einer klaren oder farbigen Kuppel oder einem winzigen Rechteck, das leuchtet. Ebenfalls mit D beschriftet, da es sich um eine Art Diode handelt.
Warum sie für Sie wichtig ist: Eine LED ist der einfachste Weg, um herauszufinden, ob Ihr Code funktioniert. Bringen Sie sie zum Blinken, und wenn sie blinkt, wissen Sie, dass Ihr Programm läuft und Sie den Pin steuern, von dem Sie denken, dass Sie ihn steuern. Die Hälfte des Elektroniklernens besteht darin, herauszufinden, welches Teil defekt ist, und eine blinkende LED beantwortet das schneller als alles andere.
Da eine LED eine Diode ist, funktioniert sie nur in eine Richtung, und die Beine sind unterschiedlich lang, damit man erkennen kann, welches welches ist. Das lange Bein ist das Positive. Und wie jede LED braucht sie einen Widerstand davor, sonst hält sie nicht.
Etwas, das jeden verwirrt: Verschiedene Farben benötigen unterschiedliche Spannungen, um überhaupt zu leuchten. Rot ist einfach und leuchtet bei fast allem. Blau und modernes Grün benötigen merklich mehr. Eine Schaltung, die eine rote LED fröhlich leuchten lässt, kann eine blaue völlig dunkel lassen, und es sieht so aus, als hätten Sie sie falsch verdrahtet. Probieren Sie eine rote, bevor Sie die Schaltung auseinandernehmen.
Man kann viele LEDs zusammensetzen und erhält Anzeigetafeln, digitale Uhren und die adressierbaren Streifen, die Leute hinter ihre Fernseher kleben, was unser WS2812 LED-Streifen-Guide abdeckt, wenn Sie das als Nächstes ausprobieren möchten.
Probieren Sie es selbst aus: 1.2 LED Blink ist das klassische erste Projekt, und 7.4 RGB LED Controller mischt Farben mit einer LED, die drei Farben in einer Kuppel enthält.
Transistoren
Was er tut: Ein Transistor ist ein Schalter ohne bewegliche Teile. Ein kleines elektrisches Signal schaltet ihn, und er schaltet etwas viel Größeres.
Wie man ihn erkennt: Mit Beinchen ist es ein kleiner schwarzer Halbzylinder oder ein schwarzes Rechteck mit drei Beinchen. Auf einer Platine ist es oft ein winziger dreibeiniger Fleck. Beschriftet mit Q.
Warum man einen braucht: Ein Pin an Ihrem Mikrocontroller kann nur einen geringen Strom liefern. Genug für eine LED, aber nicht annähernd genug für einen Motor, ein Relais oder einen Meter LED-Streifen. Der Pin treibt also nicht den Motor an. Der Pin schaltet einen Transistor, und der Transistor treibt den Motor an. Jedes Projekt, das etwas bewegt, funktioniert auf diese Weise.
Sie werden auch hören, dass Transistoren verstärken, was wahr ist und ihnen zu Ruhm verhalf, aber für die Projekte, die Sie wahrscheinlich zuerst bauen werden, sind sie einfach Schalter.
Der Typ, den Sie auf modernen Platinen am häufigsten sehen werden, heißt MOSFET, weil er fast keine Leistung als Wärme verschwendet. Vier davon, geschickt angeordnet, können einen Motor vorwärts und rückwärts laufen lassen, und diese Anordnung ist genau das, was sich in einem Motortreiber-Modul befindet. Wenn Sie einen auf einem Steckbrett ausprobieren möchten, erklärt unser BC547-Transistor-Leitfaden, welches Bein welches ist, und ein paar einfache Schaltungen.
Was er tut: Ein IC ist ein integrierter Schaltkreis, Millionen von Transistoren, die verkleinert und in einem schwarzen Rechteck versiegelt sind. Es ist eine ganze Schaltung, die als einzelnes Bauteil verkauft wird.
Wie man ihn erkennt: Die schwarzen Rechtecke. Sie sind die größten Dinge auf der Platine, sie haben Beinchen an den Seiten oder Pads unten, und sie haben Text oben aufgedruckt. Beschriftet mit U.
Wie man herausfindet, was er tut: Lesen Sie den Text oben und suchen Sie diese Nummer gefolgt von dem Wort "Datasheet". Das ist keine Abkürzung, sondern tatsächlich die Vorgehensweise von Ingenieuren. Nichts am Äußeren eines Chips verrät Ihnen, was sich darin befindet.
Vier Arten werden Ihnen immer wieder begegnen:
- Mikrocontroller führen Ihren Code aus. Dies ist der Hauptchip, das Gehirn. Ein ESP32-C6 ist einer davon, mit integriertem WLAN und Bluetooth.
- Regler wandeln eine Spannung in eine andere um, normalerweise die 5 V eines USB-Kabels in die 3,3 V, die die Chips tatsächlich benötigen.
- Treiber sitzen zwischen einem empfindlichen Chip und etwas Anspruchsvollem, wie einem Motor oder einem Bildschirm.
- Sensorchips messen etwas und liefern eine ordentliche Zahl zurück.
Der erste IC, den die meisten Leute von Hand verdrahten, ist ein Schieberegister, weil es ein Problem löst, auf das Sie tatsächlich stoßen werden: Ihnen gehen die Pins aus. Sie möchten acht LEDs leuchten lassen und haben noch drei Pins übrig. Ein Schieberegister nimmt diese drei Pins und gibt Ihnen acht Ausgänge.
Eine Entwicklungsplatine wie ein ESP32 oder ein Raspberry Pi ist eigentlich nur eine Platine, die bereits die richtigen ICs darauf hat, korrekt verdrahtet und getestet, so dass Sie sich auf das Schreiben von Code konzentrieren können, anstatt eine Stromversorgung zu entwerfen.
Probieren Sie es selbst aus: 7.5 Shift Register Binary Counter verwandelt drei Pins in acht.
Anschlüsse
Was er tut: Ein Anschluss ist die Art und Weise, wie die Platine mit der Außenwelt kommuniziert. Nichts Kompliziertes, aber der richtige Anschluss erspart viel Ärger.
Wie man ihn erkennt: Die Buchsen und die Reihen von Pins. Beschriftet mit J oder P.
Vier, die Ihnen begegnen werden:
- USB-C liefert Strom und überträgt Ihren Code auf die Platine.
- Pin-Header sind die beiden Reihen von Pins entlang der Kanten. Sie ermöglichen es einer Platine, in ein Steckbrett gesteckt zu werden.
- JST ist der kleine weiße Stecker für einen Akku.
- Qwiic ist eine kleine vierpolige Buchse, die Strom und Daten zusammenführt.
Warum Qwiic für Anfänger wichtig ist: Das Anschließen eines Sensors von Hand bedeutet vier separate Kabel, von denen zwei identisch aussehen. Vertauscht man diese beiden, passiert überhaupt nichts, und es gibt keine Fehlermeldung, die den Grund dafür angibt. Ein Qwiic-Kabel passt nur auf eine Weise, so dass man es einfach einsteckt und es richtig ist. Wenn der Sensor dann nicht reagiert, weiß man zumindest, dass das Problem im Code liegt und nicht in der Verkabelung.
Quarzoszillatoren
Was er tut: Ein Quarz ist ein kleiner Quarzsplitter, der mit einer extrem konstanten Rate vibriert, wenn man Strom hindurchleitet. Die Platine zählt diese Vibrationen, und so wird die Zeit gemessen.
Wie man ihn erkennt: Dies ist das einfachste Bauteil auf der gesamten Platine. Es ist eine kleine silberne Metallkapsel. Auf den größeren ist die aufgedruckte Zahl seine Geschwindigkeit, etwa 16.000; die winzigen oberflächenmontierten sind zu klein, um bedruckt zu werden. Gekennzeichnet mit Y oder X.
Warum man einen braucht: Ein Chip hat ein grobes Zeitgefühl eingebaut, was für "eine halbe Sekunde warten" in Ordnung ist. Für eine Uhr ist es nutzlos, da es mit dem Erwärmen und Abkühlen des Raumes abweicht. Alles, was die genaue Zeit wissen muss, verwendet einen Quarz.
Es gibt jedoch einen Trick, und es lohnt sich, ihn zu kennen, da er eine Designentscheidung erklärt, die man oft sehen wird. Eine Platine mit Wi-Fi muss die Zeit nicht selbst messen. Sie kann einfach das Internet fragen. So funktioniert das Weckerprojekt in unserem Kit: kein Zeitschaltquarz, keine Backup-Batterie, es fragt einfach einen Zeitserver, wenn es eingeschaltet wird. Der Kompromiss wird offensichtlich, sobald der Router ausfällt.
Sensoren
Was er tut: Ein Sensor wandelt etwas in der realen Welt in etwas Elektrisches um. Temperatur, Licht, Abstand, Bewegung.
Wie man ihn erkennt: Bei Hobbyprojekten kommt ein Sensor normalerweise als eigene kleine Platine, ein sogenanntes Breakout, mit dem Sensorchip in der Mitte und Befestigungslöchern an den Ecken. Jemand hat bereits alle unterstützenden Teile hinzugefügt, die der Chip benötigt, sodass man ihn einfach anschließen kann.
Der einzige Unterschied, den es sich zu lernen lohnt: Einige Sensoren liefern eine Rohspannung und überlassen es Ihnen, herauszufinden, was sie bedeutet. Ein Lichtsensor tut dies: Sie erhalten eine Zahl, die bei hellem Licht höher ist, und was als "hell" zählt, müssen Sie selbst herausfinden. Andere erledigen die Arbeit selbst und liefern eine fertige Antwort, wie ein Temperatursensor, der einfach 21,4 Grad meldet. Die zweite Art ist wesentlich einfacher für den Anfang, und die meisten modernen Sensoren sind dieser Art.
Abstandssensoren verdienen eine besondere Erwähnung, da es verschiedene Arten gibt und sie auf unterschiedliche Weise versagen. Die billigen Ultraschall-Sensoren werfen Schallwellen von Objekten zurück, was in völliger Dunkelheit funktioniert, aber durch weiche Dinge wie einen Pullover verwirrt wird. Unser Leitfaden zu Abstandssensortypen vergleicht sie, falls Sie einen auswählen müssen.
Probieren Sie es selbst aus: 3.1 Entfernung messen und 5.1 Temperatur und Luftfeuchtigkeit auslesen.
Fehler, die Anfänger mit diesen Komponenten machen
Fast jedes "meine Platine ist kaputt" stellt sich als eines dieser Probleme heraus. Keines davon ist beim ersten Mal Ihre Schuld, und alle sehen aus wie eine tote Platine.
Etwas falsch herum einstecken
Viele Komponenten funktionieren nur in einer Richtung und warnen nicht davor.
- Eine falsch herum eingebaute LED leuchtet einfach nicht. Sie ist nicht beschädigt, sie ist nur falsch herum. Das lange Bein ist Plus. Drehen Sie sie um.
- Ein falsch herum eingebauter Kondensator ist das ernste Problem. Die großen dosenartigen haben einen Streifen, der die negative Seite markiert, und wenn man einen falsch herum einbaut, kann er platzen.
- Eine falsch herum eingebaute Diode blockiert den Strom, den sie eigentlich durchlassen sollte, so dass der Schaltkreis einfach tot ist. Der bemalte Streifen zeigt die Richtung an.
- Eine falsch herum eingelegte Batterie ist der Grund für diese Schutzdioden. Auf einer Platine, die keine hat, ist dies die Art und Weise, wie Platinen sterben.
Das falsche Bauteil einsetzen
Teile mit sehr unterschiedlichen Werten sehen identisch aus, und das verwirrt jeden.
- Der falsche Widerstand. Ein 330 Ω und ein 33 kΩ Widerstand haben die gleiche Größe und Form, und nur die Streifen unterscheiden sich. Wenn Sie den großen Widerstand dort einsetzen, wo der kleine hingehört, leuchtet Ihre LED so schwach, dass Sie davon ausgehen, dass sie kaputt ist. Der 330 Ω liest sich orange-orange-braun.
- Die falsche Art von Summer. Es gibt zwei, und sie sehen gleich aus. Einer spielt jede Note, die Sie ihm senden. Der andere hat eine feste Note eingebaut und ignoriert Ihren Code vollständig. Wenn Ihr Musikprojekt einen einzigen flachen Piepton abspielt, haben Sie die zweite Art.
- Ein falsch herum eingesetzter Chip. Schwarze Rechtecke haben eine Kerbe oder einen Punkt an einem Ende, der Pin 1 markiert. Wenn er falsch herum eingesetzt wird, funktioniert nichts, und der Chip kann heiß werden. Überprüfen Sie die Kerbe mit der auf der Platine aufgedruckten Umrisslinie.
Das Bauteil vergessen, das nicht offensichtlich benötigt wird
- Kein Widerstand bei einer LED. Sie leuchtet. Kurz.
- Kein Widerstand an einem Taster. Ein Pin, an dem nur ein Taster angeschlossen ist, ist mit nichts verbunden, wenn der Taster nicht gedrückt ist, sodass er zufällige Drücke meldet. Ein Widerstand hält ihn stabil. Die meisten Platinen haben geeignete Widerstände eingebaut, die man per Code aktivieren kann, weshalb einige Tasterprojekte keine Widerstände benötigen, während andere zwei benötigen. Folgen Sie dem Leitfaden, den Sie verwenden, anstatt sie zu mischen.
Einer Messung vertrauen, die nicht richtig sein kann
Sensoren sagen nicht: "Ich weiß es nicht." Ein Ultraschall-Abstandssensor, der auf einen leeren Raum gerichtet ist, meldet etwas im Bereich von zehn Metern, das um ein paar Zentimeter schwankt, denn das ist es, was er tut, wenn kein Echo zurückkommt. Behandeln Sie eine unmögliche Zahl eher als keine Messung denn als eine tatsächliche Messung.
Wie Leiterplattenkomponenten zusammenwirken
Keines dieser Teile ist für sich genommen interessant. Hier ist ein kleines reales Projekt und was jedes Teil dazu beiträgt.
Nehmen wir an, Sie möchten eine Wetterstation: etwas, das die Temperatur misst und ins Internet stellt.
- Der Mikrocontroller führt das Programm aus und kümmert sich um das WLAN.
- Der Sensor misst die Temperatur.
- Der Regler wandelt die 5 V vom USB-Kabel in die 3,3 V um, die die Chips benötigen.
- Die Kondensatoren halten die Stromversorgung jedes Mal stabil, wenn das WLAN sendet.
- Die Widerstände sorgen dafür, dass die Datenleitungen des Sensors ordnungsgemäß funktionieren und schützen die Status-LED.
- Der Anschluss führt die Stromversorgung zu.
Nehmen Sie auch nur eines davon weg, und es geht anders kaputt. Lassen Sie den Regler weg, und 5 V zerstören den Chip. Lassen Sie die Kondensatoren weg, und er startet jedes Mal neu, wenn er etwas sendet. Lassen Sie die Widerstände an den Sensorleitungen weg, und der Sensor antwortet überhaupt nicht. Der Mikrocontroller bekommt die ganze Anerkennung, aber er funktioniert nur wegen der einfachen kleinen Teile um ihn herum.
Das ist das Argument für eine Entwicklungsplatine, wenn Sie anfangen. All das ist bereits erledigt und getestet, so dass das Wetterstationsprojekt in unserem Kit aus einem Kabel und etwa zwanzig Zeilen Code besteht, anstatt einer Schaltung, die Sie zuerst entwerfen müssen.
So identifizieren Sie Komponenten auf einer Leiterplatte
Nehmen Sie eine beliebige Platine in die Hand, und Sie können den Großteil davon in wenigen Minuten herausfinden. Es gibt drei Schritte.
1. Lesen Sie die weiße Schrift. Neben jedem Bauteil ist ein Buchstabe und eine Nummer auf die Platine gedruckt. Der Buchstabe sagt Ihnen, um welche Art von Bauteil es sich handelt. Das ist das nützlichste Einzelwissen, und es ist auf Platinen jedes Herstellers weltweit gleich.
| Markierung | Komponente |
|---|---|
| R | Widerstand |
| C | Kondensator |
| D | Diode oder LED |
| U | Integrierter Schaltkreis |
| Q | Transistor |
| L | Induktivität |
| Y oder X | Quarz |
| J oder P | Anschluss |
| SW | Schalter oder Taste |
| F | Sicherung |
2. Lesen Sie das Bauteil selbst. Chips haben eine Teilenummer oben, und die Suche danach mit dem Wort "Datenblatt" verrät Ihnen alles. Kleine Widerstände haben einen dreistelligen Code, wobei die letzte Ziffer angibt, wie viele Nullen hinzugefügt werden müssen, also bedeutet 103 10.000 Ω. Widerstände mit Beinchen verwenden stattdessen Farbstreifen. Kondensatoren verwenden den gleichen dreistelligen Trick, aber in anderen Einheiten gezählt.
3. Wenn keine Markierungen vorhanden sind, messen Sie es. Ein Multimeter, das auf Durchgang eingestellt ist, piept, wenn zwei Punkte verbunden sind. So können Sie überprüfen, ob ein Kabel tatsächlich funktioniert, bevor Sie Ihren Code die Schuld geben. Es liest auch den Wert eines Widerstands ab und zeigt Ihnen, wie eine LED richtig herum eingesetzt wird.
Leiterplattenkomponenten, die in Maker-Projekten verwendet werden
Die gleiche Handvoll von Leiterplattenteilen taucht immer wieder auf. Was sich ändert, ist die Mischung.
Smart Home
Eine WLAN-Platine, ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor und etwas zum Ein- und Ausschalten eines Lichts oder einer Heizung. Das Schalten ist der Teil, bei dem man vorsichtig sein muss: Ein Mikrocontroller-Pin kann eine Lampe nicht direkt ansteuern, daher steuert er ein Relais oder einen Transistor, der die Lampe ansteuert.
Robotik
Ein Mikrocontroller für das Denken, ein Motortreiber, damit die kleinen Signale große Motoren steuern können, ein Regler, um die Logikversorgung stabil zu halten, während die Motoren viel Strom ziehen, und Dioden über den Motoren, um die Spitzen abzudämpfen. Ein Roboter, der sich jedes Mal zurücksetzt, wenn er sich bewegt, hat fast immer diesen Regler nicht.
Umweltüberwachung
Ein Temperatursensor, ein Stromsensor, um zu sehen, wie viel Strom das Gerät selbst verbraucht, und ein Taktchip, damit die Messwerte auch nach stundenlangem Schlaf der Platine noch korrekt mit einem Zeitstempel versehen sind. Die Akkulaufzeit ist meist der schwierigste Teil, weshalb die Messung des eigenen Stromverbrauchs genauso wichtig ist wie die Messung des Wetters.
E-Paper-Display
Eine Wi-Fi-Platine zum Abrufen der Daten, ein Treiberchip zum Ansteuern des Displays und ein Power-Management, damit es tagelang zwischen den Updates schlafen kann. E-Paper zeigt sein Bild auch bei ausgeschalteter Stromversorgung an, sodass Sie nur Strom verbrauchen, um es zu ändern.
Welche Leiterplattenkomponenten sollten Anfänger zuerst lernen?
In einer Reihenfolge, in der jeder Schritt etwas zum Anschauen bietet:
- LEDs, weil Sie sofort sehen können, ob es funktioniert hat.
- Widerstände, weil Sie einen brauchten, sobald Sie eine LED benutzt haben.
- Tasten, damit Ihre Schaltung Ihnen zuhören kann.
- Kondensatoren, die erklären, warum schnelle Schaltungen Fehlverhalten zeigen.
- Dioden, für Einwegstrom und Schutz.
- Transistoren, wo etwas Kleines etwas Großes steuert.
- Sensoren, wo das Projekt beginnt, die reale Welt wahrzunehmen.
- Mikrocontroller, wo alles im Code zusammenkommt.
Jeder Schritt hier beantwortet ein Problem, das der vorherige Schritt gerade aufgeworfen hat, und deshalb bleibt es besser hängen als das Lesen von Definitionen.
Wo Sie üben: das Breadboard
Sie müssen nichts löten, um anzufangen. Ein Breadboard ist ein Plastikblock voller Löcher mit Metallclips im Inneren, und Sie stecken einfach Teile und Drähte hinein. Nichts ist dauerhaft, so dass ein falscher Schaltkreis Sie dreißig Sekunden kostet.
Das einzige, was man darüber lernen muss, ist, welche Löcher mit welchen verbunden sind. Die langen Streifen an den Seiten sind durchgehend verbunden und dienen der Stromversorgung. Die kurzen Reihen in der Mitte sind in Fünfergruppen verbunden. Wenn Sie das falsch machen, tut Ihr Schaltkreis entweder nichts oder es kommt zu einem Kurzschluss, und es sieht in beiden Fällen gleich aus. Unser Leitfaden Was ein Breadboard ist und wie man es benutzt erklärt den Aufbau.
Lernen Sie jede Komponente, indem Sie damit bauen
Das Lesen über einen Widerstand ist nichts im Vergleich dazu, wie eine LED hartnäckig dunkel bleibt, weil man einen vergessen hat. Jedes Bauteil in diesem Artikel taucht in der Dokumentation des Zero to Hero Kits in einem Projekt auf, das Sie an einem Abend fertigstellen können, in etwa der obigen Reihenfolge:
| Komponente | Was Sie lernen | Projekt |
|---|---|---|
| Steckplatine (Breadboard) | Welche Löcher miteinander verbunden sind | 0.1 Breadboard Grundlagen |
| LED und Widerstand | Strombegrenzung, Polarität, Einschalten eines Pins | 1.2 LED Blinken |
| Taster | Einen Eingang lesen und warum Pins "driften" | 2.1 Tasterzähler |
| Taster, nochmal | Warum ein Drücken als fünf zählt und die Lösung | 2.2 Tasterentprellung |
| Fotowiderstand | Einen Widerstand in eine Messung umwandeln | 2.3 Fotowiderstand Analogauslesung |
| Summer | Etwas steuern, das Geräusche macht | 2.4 Summer Piep |
| Ultraschallsensor | Einen Sensor über eine Datenverbindung auslesen | 3.1 Entfernung messen |
| LED, gedimmt | Zwischenhelligkeit von einem Ein-/Aus-Pin erhalten | 3.2 Entfernungsbasiertes LED-Fade |
| LCD-Anzeige | Mit einem Anzeigeschip kommunizieren | 4.1 Nachricht drucken |
| Temperatursensor | Ein Sensor, der eine fertige Zahl liefert | 5.1 Temperatur und Feuchtigkeit messen |
| RGB-LED | Drei LEDs in einer Kuppel, Farben mischen | 7.4 RGB-LED-Controller |
| Schieberegister | Drei Pins in acht verwandeln | 7.5 Schieberegister Binärzähler |
| Alles oben Genannte | Vier Dinge gleichzeitig ausführen und die Zeit abrufen | 7.7 Wecker |
Das Kit, für das diese Seiten geschrieben wurden, enthält ein NULA Mini ESP32-C6, 13 LEDs, darunter eine farbmischende, 40 Widerstände, 3 Lichtsensoren, 5 Taster, einen Summer, ein Schieberegister, ein Mini-Steckplatine, Jumper-Kabel und drei steckbare Module: einen kleinen Bildschirm, einen Temperatur- und Feuchtigkeitssensor sowie einen Entfernungssensor. Alle 20 Projekte sind sowohl für Arduino als auch für MicroPython aufbereitet. Wenn Sie lieber von einem fertigen Projekt aus rückwärts arbeiten möchten, ist unsere Liste der 15 ESP32-Projekte für Anfänger der andere Weg.
Warum Soldered ein großartiger Ort ist, um Elektronik zu lernen
Teile einzeln zu kaufen ist eine langsame Art zu lernen, hauptsächlich weil Sie Ihre Abende damit verbringen, einen fehlenden Widerstand zu suchen, anstatt etwas zu bauen. Ein Kit und ein Entwicklungsboard helfen Ihnen dabei, dies zu überwinden. Das Embedded Journey Kit, ein NULA Mini und ein Steckplatine decken den gesamten oben genannten Fortschritt ab, und da die Module Qwiic verwenden, ist das Hinzufügen eines Sensors ein Kabel statt vier Drähte und ein Diagramm.
Alles, was wir herstellen, wird auch mit offen veröffentlichten Schaltplänen, Bibliotheken für Arduino und MicroPython und einer vollständigen Dokumentation geliefert, sodass Sie, wenn etwas nicht funktioniert, nachsehen können, warum, anstatt zu raten. Wenn Sie nicht sicher sind, mit welcher Sprache Sie beginnen sollen, beleuchtet unser Vergleich von MicroPython und Arduino die Kompromisse.
FAQ
Was sind die Hauptkomponenten einer Leiterplatte?
Widerstände, Kondensatoren, Dioden, LEDs, Transistoren, integrierte Schaltkreise, Anschlüsse, Quarzoszillatoren und Sensoren. Die meisten Platinen haben auch Induktivitäten, Schalter und Sicherungen.
Was ist der Unterschied zwischen einer Leiterplatte und ihren Komponenten?
Die Leiterplatte (PCB) ist die flache Platine mit aufgedruckten Kupferbahnen. Diese Bahnen sind lediglich Verdrahtungen. Die Komponenten sind die darauf gelöteten Teile, die die eigentliche Arbeit verrichten. Eine leere Leiterplatte tut überhaupt nichts.
Wie identifiziert man Leiterplattenkomponenten?
Lesen Sie den Buchstaben, der neben dem Bauteil aufgedruckt ist: R ist ein Widerstand, C ein Kondensator, D eine Diode oder LED, U ein Chip, Q ein Transistor. Lesen Sie dann das Bauteil selbst und suchen Sie nach der Teilenummer zusammen mit dem Wort "Datasheet". Ein Multimeter hilft bei allem, was keine Beschriftung mehr hat.
Was sind die häufigsten elektronischen Komponenten?
Widerstände und Kondensatoren, mit großem Abstand. Die meisten Platinen enthalten mehr von diesen beiden als von allen anderen Komponenten zusammen, da fast jede andere Komponente einige davon benötigt, um richtig zu funktionieren.
Welche Leiterplattenkomponenten sollten Anfänger zuerst lernen?
LEDs und Widerstände, dann Taster und Kondensatoren. Sie sind billig, schwer zu zerstören und Sie können sehen, wie sie funktionieren, was dazu beiträgt, dass die Konzepte hängen bleiben.
Welche Komponenten benötige ich, um mit dem Lernen der Elektronik zu beginnen?
Ein Entwicklungsboard, ein Steckplatine (Breadboard), Jumper-Kabel, einige LEDs, ein Satz von 330 Ω und 10 kΩ Widerständen und ein paar Taster. Das deckt die ersten Projekte ab, die jeder baut. Ein Multimeter ist das Nächste, was sich lohnt hinzuzufügen, und ein Anfänger-Kit ist billiger als die Liste separat zu kaufen.
Muss ich löten, um etwas über Leiterplattenkomponenten zu lernen?
Nein. Alles in diesem Artikel kann auf einem Steckplatine (Breadboard) aufgebaut werden, das Teile durch Reibung hält und wieder auseinandergenommen werden kann. Löten ist wichtig, wenn ein Schaltkreis im mobilen Einsatz überleben soll, nicht wenn man lernt, was die Teile tun.
Was macht ein integrierter Schaltkreis?
Er packt eine ganze Aufgabe in einen einzigen Chip: Code ausführen, Daten speichern, einen Motor oder einen Bildschirm ansteuern oder eine Spannung in eine andere umwandeln. Dieselbe Sache aus einzelnen Transistoren zu bauen, würde Hunderte von Teilen erfordern.
Was ist der Zweck eines Widerstands auf einer Leiterplatte?
Den Strom zurückhalten. Widerstände verhindern das Durchbrennen von LEDs, bringen Spannungen auf ein Niveau, das ein Chip messen kann, und halten ungenutzte Eingangs-Pins stabil, damit sie nicht driften und Unsinn melden.
Gelten Sensoren als Leiterplattenkomponenten?
Ja. Ein Sensor ist eine Komponente wie jede andere, und für Hobbyprojekte kommt er normalerweise als Breakout: der Sensorschip plus alle benötigten unterstützenden Teile, bereits auf einer eigenen kleinen Platine montiert.
