Verdrahtete Schaltungsplatte

Eine verdrahtete Schaltungsplatte trägt die Teile einer elektrischen Schaltung auf einem steifen, isolierenden Brett; jedes Teil ist angeschraubt, jede Verbindung ein eigener Draht. Ein um 1905 auf einem Mahagonisockel gebauter Versuchsempfänger ist im Science Museum in London erhalten, und so auf Holzbrettern gebaute Rundfunkgeräte der 1920er-Jahre hießen im Englischen „Breadboards“; die Firma Atwater Kent in Philadelphia brachte 1923 sieben solche Modelle heraus. Ab den 1940er-Jahren übernahmen gedruckte Schaltungen, doch mit Brett, Schrauben und Draht lässt sich noch heute eine funktionierende Schaltung von Hand aufbauen.

Was es ist

Eine verdrahtete Schaltungsplatte ist eine flache, steife Platte aus isolierendem Material, die die Teile einer elektrischen Schaltung trägt, etwa Widerstände, Kondensatoren, Spulen und Röhren, und sie mit einzelnen Drähten verbindet. Jedes Teil ist auf die Platte geschraubt. Seine Anschlüsse enden an Klemmen, und von Klemme zu Klemme läuft ein Draht, unter einer Schraube festgeklemmt oder gelötet. In den 1920er-Jahren baute man Radiogeräte meist auf diese Weise, und weil die Platte ein Holzbrett war, hieß das Verfahren im Englischen „Breadboard“, Brotbrett.

Eine Leiterplatte ersetzt die Drähte durch Kupferbahnen, die auf der Platte haften und alle zugleich entstehen. In einer integrierten Schaltung werden die Bauteile und ihre Verbindungen gemeinsam auf einem einzigen Siliziumchip gebildet. Eine verdrahtete Platte braucht keines dieser Verfahren: Brett, Schrauben, Draht und die Teile genügen, und jede Verbindung lässt sich mit dem Schraubenzieher oder dem Lötkolben ändern.

Wie es funktioniert

Das Brett darf keinen Strom leiten und muss seine Form behalten. Eine Radiozeitschrift von 1926 verlangte gutes Holz, damit sich das Grundbrett nicht verzieht, und versteifte ein breites Brett mit Leisten auf der Unterseite. Die Teile stehen oben auf dem Brett. In den Atwater-Kent-Geräten von 1923 liefen die Drähte darunter, unsichtbar. Viele Empfänger hatten zudem eine senkrechte Frontplatte mit den Abstimmknöpfen und Skalen; das Grundbrett dahinter trug Spulen, Röhren und Klemmen und stützte die Frontplatte, und Drähte führten von den Bedienelementen der Frontplatte zu ihren Punkten auf dem Brett.

Der Haken liegt in Anzugsrichtung um die Schraube, sodass sich die Schlaufe beim Anziehen schließt.

Jede Klemme ist eine Rundkopfschraube oder eine Polklemme. Eine Reihe davon auf einer isolierenden Leiste an der hinteren Kante, die Klemmleiste, nimmt die Drähte von außerhalb des Geräts auf: Antenne, Erde, Kopfhörer und Batterien. Um einen Draht zu befestigen, entfernt man die Isolierung am Ende, biegt das blanke Kupfer zu einem Haken und legt ihn unter den Schraubenkopf, in der Richtung, in der sich die Schraube beim Anziehen dreht. Das Anziehen zieht die Schlaufe dann um die Schraube zu; eine andersherum gelegte Schlaufe wird unter dem Kopf hervorgedrückt. Eine Verbindung, die halten soll, kann auch gelötet werden.

Die Verdrahtung folgt dem Schaltplan Verbindung für Verbindung: Jeder Draht verbindet zwei Punkte, die der Plan als verbunden zeigt, und sonst nichts. Blanke Drähte dürfen sich nie berühren, wo der Plan keine Verbindung hat; man hält sie deshalb auseinander und nimmt isolierten Draht, wo zwei Leitungen nahe aneinander vorbeigehen. Weil sich jeder Draht mit dem Auge verfolgen lässt, findet man einen Fehler und tauscht ein Teil mit dem Schraubenzieher. Das machte den Brettaufbau bei Bastlern beliebt, die ihre Geräte ständig umbauten.

So geht’s

Dieses Brett bringt eine Taschenlampenbirne mit drei Batterien über einen Schalter zum Leuchten und zeigt, wie man Teile anordnet und verbindet. Man braucht ein Stück trockenes Sperrholz oder Weichholz von etwa 20 mal 15 Zentimetern, einen Halter für drei AA-Batterien mit zwei Anschlussdrähten, eine kleine anschraubbare Lampenfassung, eine Taschenlampenbirne für 4,5 Volt, einen dünnen Messingstreifen von etwa 6 Zentimetern, Messing-Holzschrauben mit Rundkopf und Unterlegscheiben, isolierten eindrähtigen Klingeldraht, einen Schraubenzieher, eine Ahle und eine Abisolierzange. Ein Kristallempfänger wird auf dieselbe Weise auf einem Brett angeordnet.

Zeichnen Sie zuerst den Plan mit Bleistift: den Batteriehalter an ein Ende, den Schalter in die Mitte und die Fassung ans andere Ende, die Drähte als gerade Linien parallel zu den Kanten. Stechen Sie jedes Schraubenloch mit der Ahle vor und schrauben Sie Halter und Fassung fest. Für den Schalter schrauben Sie ein Ende des Messingstreifens durch ein Loch fest und biegen den Streifen so, dass sein freies Ende federnd knapp über dem Kopf einer zweiten Schraube steht: Drückt man darauf, schließt sich der Stromkreis. Isolieren Sie an jedem Drahtende etwa einen Zentimeter ab und klemmen Sie es wie oben beschrieben unter einen Schraubenkopf. Verdrahten Sie den Stromkreis als eine einzige Schleife: den Pluspol des Batteriehalters an die Schraube, die den Messingstreifen hält, die zweite Schalterschraube an einen Anschluss der Fassung und den anderen Anschluss der Fassung zurück an den Minuspol.

Das fertige Brett: Batterien, Schalter und Birne in einer Schleife, jeder Draht gerade zwischen zwei Schrauben.

Prüfen Sie das Brett, bevor Sie die Batterien einsetzen. Fahren Sie jeden Draht mit dem Finger nach und vergleichen Sie ihn mit der Zeichnung: Es muss einen einzigen durchgehenden Weg rund um die Schleife geben, und kein blankes Kupfer darf einen Draht oder eine Schraube berühren, die es nicht erreichen soll. Setzen Sie die Batterien ein und drücken Sie den Schalter: Die Birne leuchtet. Wenn nicht, prüfen Sie, ob jede Schraube fest sitzt und die Birne ganz in die Fassung eingedreht ist. Funktioniert alles, kann man neben der ersten eine zweite Fassung anbringen und die neue Verdrahtung auf dieselbe Weise nachprüfen.

Verwenden Sie nur gewöhnliche Batterien. Schließen Sie ein solches Brett nie an das Stromnetz oder an eine Autobatterie an. Ein Draht, der die beiden Anschlüsse des Batteriehalters direkt verbindet, ist ein Kurzschluss: Draht und Batterien werden schnell heiß, und die Batterien können auslaufen; suchen Sie also danach, bevor Sie die Batterien einsetzen, und nehmen Sie sie heraus, wenn Sie fertig sind. Die Birne wird nach einigen Minuten heiß. Halten Sie das Brett gut fest und die andere Hand von Ahle und Schraubenzieher fern. Wenn Sie die Verbindungen löten, beachten Sie die Vorsichtsmaßnahmen auf der Seite zum Lötkolben.

Geschichte und Entwicklung

Ein Brettempfänger der 1920er-Jahre, unter dem Brett verdrahtet.

Funkamateure des frühen 20. Jahrhunderts montierten ihre Teile auf einen Holzsockel, und ein Brotschneidebrett aus der Eisenwarenhandlung war eine bequeme Quelle für ein flaches Stück Hartholz. Ein Versuchsempfänger, den R. P. Howgrave-Graham um 1905 entwarf und baute und der heute im Science Museum in London steht, hat seine Teile auf einem Mahagonisockel; ein gleiches Gerät zeigt sein Buch Wireless Telegraphy for Amateurs, dessen Exemplar die British Library im Mai 1907 erhielt. Auch Hersteller verkauften so aufgebaute Geräte: Die Ausgabe von 1913 von Alfred Morgans Handbuch für Funkamateure zeigt ein Empfangsgerät der Long Distance Wireless Company, dessen Detektor, Abstimmspule und Kondensator auf einem Mahagonisockel befestigt sind. Auch ein Langwellen-Detektorempfänger, den Alex Steuart 1913 in Edinburgh für die Pariser Zeitsignale vom Eiffelturm baute und der heute in den National Museums Scotland steht, hat einen Mahagonisockel. In den 1920er-Jahren hieß ein auf einem Holzbrett aufgebautes, von Hand verdrahtetes Gerät im Englischen „Breadboard“. Das Roaring Twenties Antique Radio Museum bewahrt ein Breadboard-Gerät von Atwater Kent aus dem Jahr 1922 auf, und die Firma aus Philadelphia brachte 1923 sieben verschiedene Breadboard-Modelle heraus. Sie hatten kein Gehäuse: Röhren, Spulen, Abstimmkondensatoren und Klemmen standen auf dem Brett, die Verdrahtung lief darunter. Der Aufbau erleichterte Änderungen an der Schaltung und erreichte in diesem Jahrzehnt seinen Höhepunkt. Viele frühe Gehäuseradios waren nichts anderes als Brettgeräte in einem Holzkasten.

Holz schirmt Funkwellen nicht ab, und frühe Geräte konnten pfeifen, wenn sich eine Hand der Frontplatte näherte. Als Drehkondensatoren mit mehreren Paketen auf einer Achse aufkamen, wurde die Abschirmung zwischen den Stufen unerlässlich, und die Hersteller gingen zum Metallchassis über, dessen Ausschnitte sich für eine schnellere Montage vereinheitlichen ließen. Die Teile wurden weiterhin einzeln mit handgelöteten Drähten verbunden.

1925 meldete Charles Ducas in den Vereinigten Staaten ein Verfahren zum Patent an, die Verbindungen einer Schaltung direkt auf einem isolierenden Träger zu bilden: Eine leitfähige Paste wurde aufgedruckt oder durch eine Schablone aufgetragen und dann galvanisch mit Metall überzogen. Paul Eisler, ein österreichischer Ingenieur, ließ sich 1936 in London nieder und begann im selben Jahr mit gedruckten Schaltungen zu experimentieren; seine ersten Platten stellte er im Siebdruck her. 1942 baute er ein Radio mit gedruckten Leiterplatten, das erste funktionierende Gerät dieser Art, das heute im Science Museum in London steht, und 1943 ließ er das Verfahren patentieren. Die amerikanische Rüstungsindustrie fertigte gedruckte Schaltungen im Zweiten Weltkrieg in großer Serie, zuerst für Annäherungszünder der Flugabwehr. Die integrierte Schaltung brachte später die Bauteile selbst auf einen Chip. Die erste Versuchsfassung einer Schaltung nennen Ingenieure bis heute „Breadboard“.