Elektronikbasteln

Hobbyelektronik bezeichnet das Elektronikbasteln in der Freizeit und allgemein die Hobby-Beschäftigung mit elektronischen Schaltungen, Baugruppen und Geräten.

Hobbyelektroniker bauen elektronische Geräte oder Geräteteile selbst. Die hierfür notwendigen Schaltungen finden sich z. B. in Elektronik-Magazinen, in Büchern, dem Internet sowie in Datenblättern der Hersteller elektronischer Bauteile oder werden von erfahrenen Elektronikbastlern selbst entworfen bzw. modifiziert.

Arbeitsfelder

Hobbyelektroniker beschäftigen sich zum Beispiel mit:

• dem Nachbau von Experimenten mit Baukästen (kein Löten oder Computerarbeit nötig);
• der Herstellung eines alltagstauglichen Gerätes aus Bausätzen oder nach Schaltplan und oft einschließlich der eigenen Herstellung der Leiterplatte;
• der Entwicklung eigener Schaltungen und Baugruppen;
• der Reparatur und Fehleranalyse von Geräten;
• der Entwicklung von Computersoftware in Zusammenhang mit selbst gebauter Computer-Hardware.

Anfänger können auf vorgefertigte Bausätze und Experimentierkästen zurückgreifen, die lediglich zusammengefügt werden müssen. Erfahrene Personen nutzen professionelle Werkzeuge, CAD-Software (hier Electronic Design Automation), Berechnungstools und Materialien, um Schaltungen zu entwerfen, zu dimensionieren und daraus Leiterplatten zu entwerfen und manchmal auch selbst zu fertigen.

Das Interesse eines Elektronikbastlers beschränkt sich häufig auf ein bestimmtes Technikgebiet. Manche bauen nur HiFi-Geräte, andere fertigen Erweiterungen für Computer selbst. In der Computertechnik wird oft auch die zugehörige Steuersoftware selbst erstellt. Wieder andere konzentrieren sich auf Radioempfänger, Messgeräte, versuchen sich an Fernseher-Reparaturen oder basteln einfach nur unterhaltsame elektronische Spielereien.

Gelegentlich kann das Elektronikbasteln, eingeschränkt auf einen bestimmten Teilbereich, Teil eines anderen Hobbys sein. So zum Beispiel im Modellbau, bei der Hobbymeteorologie oder beim Kurzwellenempfang. In diesen Fällen ist Elektronikbasteln nur ein kleiner Teilaspekt des eigentlichen Hobbys.

Historie

Ein Selbstbau-Detektorempfänger mit Diode als Gleichrichter

Das Hobby ist aus dem Radiobasteln hervorgegangen: In der Anfangszeit des Rundfunks waren Rundfunkempfänger für Privatleute kaum erschwinglich. Allerdings gestattete die damals ausschließlich verwendete Amplitudenmodulation den Selbstbau von Rundfunkempfängern mit relativ geringen Mitteln, einfachstes Beispiel ist der Detektorempfänger. Ein bekannter Lieferant von Bauelementen war von 1922 bis 1991 die Firma Radio Rim in München. Der bekannteste Autor der Hobbyelektronik und von Elektronikbastelbüchern ist der Ingenieur Heinz Richter.

Funkamateure bauten nicht nur ihre Empfänger, sondern auch Sender selbst – sie hatten – und haben – auch als einziger Funkdienst das Recht, diese ohne besondere Abnahme oder Prüfung in Betrieb zu nehmen. Funkgeräte sind heute jedoch auch industriell gefertigt und in wesentlich komplexerer Funktionalität erhältlich, sodass nur noch wenige Funkamateure komplette Sendeanlagen bauen. Der Bau von Zubehör und Antennen ist für viele Funkamateure jedoch nach wie vor fester Bestandteil ihres Hobbys. Da es bundesweit Amateurfunkvereine und Amateurfunk-Jugendgruppen gibt, findet man hier schnell Ansprechpartner, auch wenn man als Einsteiger Fragen zum Elektronikbasteln hat.

Elektronikbasteln bekam, wie die gesamte Elektronik, einen großen Schub mit der preiswerten Verbreitung von Transistoren. Die benötigten Betriebsspannungen sanken im Gegensatz zur Röhrentechnik auf ungefährliche Werte, die mechanischen Aufbauten vereinfachten sich. Eine weitere Entwicklung fand mit der Verfügbarkeit von preiswerten Operationsverstärkern und TTL-Logikbausteinen statt. Allgemein ist Elektronikbasteln einem ständigen Technologiewandel ausgesetzt. Dies stellt Elektronikbastler ständig vor neue Herausforderungen. Zwei dieser Herausforderungen der letzten Dekade sind die fortschreitende Verbreitung von sehr stark miniaturisierten SMD-Bauteilen, die im wesentlichen für Produktionsautomaten entworfen wurden und handwerklich schwierig zu handhaben sind, und die immer weitere Verbreitung von programmierbaren Bausteinen, die Programmierkenntnisse und eine oft in der Anschaffung sehr teure Programmierumgebung voraussetzen.

Mit dem Aufkommen von Selbstbau- und Heimcomputern ab Mitte der 1970er Jahre (in Europa etwas später) und später mit PCs verlor das Hobby etwas an Attraktivität. Viele Elektronikbastler wandten sich verstärkt der Computersoftware zu und löteten seltener. Nicht selten war ein selbstgebauter einfacher Computer der Einstieg in die Computertechnik. Insofern haben Elektronikbastler schon sehr früh den heutigen Trend, Hardware durch Software zu ersetzen, vorweggenommen. Fertig konfektionierte kostengünstige Komplettangebote für Computer ließen die Zahl derer zurückgehen, die sich ihre Computer aus einzelnen Komponenten selbst zusammenstellten. Messen wie die Hobbytronic in Dortmund oder die „Hobby und Elektronik“ in Stuttgart haben sich zu Veranstaltungen der Informationstechnologie und Unterhaltungselektronik weiterentwickelt.

Voraussetzungen

Fertigkeiten

Ein Elektronikbastler sollte die Funktion der verwendeten elektronischen Bauelemente kennen, nicht jedoch unbedingt deren inneren Aufbau und Arbeitsweise. Weiterhin sollte er elektronische Schaltungen lesen und teilweise deren Funktionsweise erkennen können. Grundlegende Mathematik-, Physik- und Elektronik-Kenntnisse sind hierbei hilfreich, aber nicht zwingend erforderlich. Um die Bauteile dauerhaft zusammenzufügen, sind unter anderem handwerkliche Fähigkeiten und Geschick notwendig. Dazu gehört das Löten von Hand sowie die Kenntnis der damit verbundenen Gefahren (Schadstoffe, Brandgefahr). Die Herstellung von Leiterplatten erfordert den Umgang mit teilweise gesundheitsschädlichen Substanzen sowie die Kenntnis deren umweltgerechter Entsorgung.

Ausrüstung

Die Hobbyausrüstung gleicht derjenigen eines Elektroniklabors. Neben Feinmechanik-Werkzeug und einer oder mehreren Lötstationen (grobe und feine Lötungen) gehören dazu:

Messmittel

Erforderlich sind Geräte zur Strom- und Spannungsmessung (z. B. Multimeter) oder ein Oszilloskop. Multimeter verfügen oft über weitere Messmöglichkeiten (Frequenz, Kapazität).

Stromversorgungen und Signalquellen

Die Stromversorgung sollte bei Arbeiten mit Netzspannung einen Fehlerstromschutzschalter und/oder einen Trenntransformator beinhalten. Für Arbeiten mit Kleinspannung ist ein Labornetzgerät hilfreich, welches über getrennte Einstellmöglichkeiten für Strom und Spannung verfügt. Bei Arbeiten an Audioverstärkern o. ä. ist eine Niederfrequenzquelle nützlich: Das kann ein Funktionsgenerator oder ein Tongenerator sein. Zur Verarbeitung ESD-empfindlicher Bauteile (u. a. MOSFET, hocheffektive Leuchtdioden, Laserdioden) ist eine ESD-Ausrüstung (Matte, Handgelenkband, geeignetes Werkzeug) sowie ein geerdeter Lötkolben wünschenswert.

Platinenfertigung

Die eigene Fertigung von Platinen ist heute eher selten anzutreffen. Sie erfordert beim Maskenverfahren Schalen für Chemikalien sowie zweckmäßigerweise einen für Kinder unzugänglichen Aufbewahrungsschrank für diese. Zur Herstellung der Maske ist im einfachsten Fall ein säurefester Stift nötig. Bei lithografischer Herstellung wird eine Ultraviolett-Belichtungseinrichtung sowie ein Verfahren zur Filmherstellung (früher Tusche, heute Kopierer oder Laserdrucker) benötigt. Alternativ können Leiterplatten von Hand oder mit Fräsplotter gefräst werden. Selbst entworfene Leiterplatten können auch bei Platinenherstellern zur Fertigung in Auftrag gegeben werden, diese fertigen Prototypen und Kleinserien in besserer Qualität und beherrschen Technologien wie Durchkontaktierungen und mehrlagige Layouts. Oft werden Schaltungen jedoch in Fädel- oder Wickeltechnik oder auf Rasterplatten (Laborplatinen) realisiert.

Verbindungstechniken

Experimentalaufbau mit Lüsterklemmen und einer Lötleiste (oben Mitte) aus den 1960er Jahren

Mit Lochrasterplatten sind saubere Aufbauten möglich

Platine mit Bestückung, wie sie ähnlich auch für Bausätze vertrieben oder selbst geätzt wurde

Lochrasterplatine mit Verdrahtung in Fädeltechnik

Wenn es nur um experimentelle Schaltungsaufbauten von begrenzter Lebensdauer geht, wird statt auf Löten oft auf diverse Klemm- oder Stecktechniken zurückgegriffen. Es gibt hier verschiedenste kommerzielle Varianten mit Experimentierkästen (z. B. von Franckh-Kosmos, Philips, Braun). Auch für Hobbyisten gibt es fertige Steckbretter („Put In“) zur freien Bestückung und Verdrahtung. Für simple Aufbauten mit nur wenigen, dafür noch großen diskreten Bauelementen kann man sogar auf Lüsterklemmen als Verbindungselemente zurückgreifen, siehe Bild.

Hobbyisten nutzen sowohl solche einfachen Techniken als auch die kommerziell zur Prototypfertigung eingesetzten Techniken wie Fädeltechnik, Wickeltechnik, Fräsplotter oder die von Leiterplattenproduzenten angebotene Prototypfertigung.

Beim Löten wurden zunächst freie („fliegende“) Verdrahtungen benutzt, wobei Röhrensockel, diverse andere fest montierte Bauelemente sowie Lötleisten und -stützpunkte zur mechanischen Fixierung dienten. Diese Technik wurde bis in die 1950er Jahre verwendet. Sie eignete sich für Eigenkonstruktionen, wurde aber damals auch in der kommerziellen Fertigung angewendet. Die Herstellung der bei Röhrengeräten damals üblichen Metallchassis wurde durch vorgefertigte Lochbleche mit Aussparungen für Röhrensockel erleichtert.

Der nächste Schritt war die Platinentechnik, die vor allem für diskrete Transistorschaltungen aufkam, im Weiteren aber auch für Röhrengeräte verwendet wurde. Das Layout nebst seiner Entflechtung damaliger Platinen war reine Handwerks- und Zeichenkunst. Erst später mit dem Aufkommen entsprechender Computer und Software zum Erstellen und Entflechten von Platinenlayouts wurde die Handarbeit im professionellen Bereich abgelöst. Obwohl der Profi auch im neuen Jahrtausend gelegentlich noch Anreibesymbole für kleine Platinen verwendet, kann man sagen, dass hier die Platinen üblicherweise nur noch mit dem Computer konstruiert werden. Der Hobbyelektroniker dagegen nutzt auch heute noch die einfachen Mittel zur Platinenherstellung. Als einfachste Methode für Einzelstücke ist das direkte Zeichnen eines Layouts mittels säurefestem Filzstift auf eine kupferkaschierte Platine und anschließendem Ätzen zu nennen. Etwas aufwendiger ist schon das Selbstbelichten von fotoempfindlich beschichtetem Basismaterial mittels selbst gezeichneter oder am Computer erstellter Vorlagen und nicht zuletzt mittels Vorlagen z. B. aus Magazinen. Die notwendige Ausrüstung (Geräte zum Belichten und Ätzen) kann der Hobbyelektroniker mitunter recht preisgünstig im Elektronikhandel erwerben.

Vor allem zu Bausätzen werden jedoch in der Regel schon fertige Platinen mitgeliefert.

Für die aufkommenden integrierten Schaltkreise waren und sind speziell layoutete Platinen erhältlich, die deren kleinen Anschlussabstand (pitch) weit auf einzelne Lötaugen verteilen, so dass selbst SMD-ICs für die Hobbyelektronik verwendbar wurden.

Zum Basteln und zur Prototypfertigung kamen sogenannte Lochrasterplatinen (siehe Bild) auf. Sie haben Bohrungen in einem durchgehenden Raster von 2,54 (manchmal auch 2,50) oder 5 mm und um jede Bohrung eine kleine Kupfer-Kreisfläche als Lötfläche (Lötpad). Die Verbindung der Bauelemente untereinander erfolgt hier entweder frei mit Schaltdraht oder in Fädeltechnik.

Statt der Lochrasterplatinen mit einzelnen Lötpunkten gab und gibt es auch Ausführungen, bei denen die Löcher einer Reihe in Form eines Streifens durchverbunden sind („Streifenleiterplatten“). Für notwendig werdende Trennstellen werden spezielle, schraubendreherartige Werkzeuge zum Trennen der Leiterstreifen angeboten.

Lochrasterplatinen werden ein- und zweilagig sowie nicht durchkontaktiert oder durchkontaktiert angeboten. Sie besitzen häufig das Europakartenformat 100 x 160 mm und werden auch mit stirnseitigem, auf Lötaugen geführtem Eurokarten-Steckverbinder-Layout angeboten.

Siehe auch: Liste elektronischer Bauteile

Bildungs- und Wirtschaftsaspekte

Entsprechend der ausgeführten praktischen Tätigkeiten kann das Hobby handwerkliche Fertigkeiten fördern, die für die spätere Berufsausblildung nützlich sind (Elektronikfacharbeiter, Metall- und Holzbearbeitung, Softwareerstellung). Der Erwerb und die fachübergreifende Anwendung theoretischer Kenntnisse – vom Ohm'schen Gesetz und seiner Anwendung über die Entwicklung von Algorithmen und deren Implementierung bis hin zur Projektierung und Logistik größerer Vorhaben beinhaltet viele Fähigkeiten eines Ingenieur-Berufes.

Arbeitsgemeinschaften an Schulen befassen sich ebenfalls mit elektronischen Projekten. Sie werden von erfahrenen Fachlehrern oder Privatpersonen geführt.

Viele Elektronikbastler wurden später zu berühmten Erfindern, Entwicklern in der Industrie, oder sie leiten große Unternehmen auf dem Fachgebiet ihres ehemaligen Hobbys.

Der Entwicklung, Herstellung und Lieferung von Komponenten und Baugruppen widmen sich einige große Firmen. Meist beliefern sie gleichzeitig Elektronik-Labore oder die Prototyp- bzw. Muster-Fertigungstätten von Industrie und Forschung sowie allgemeinbildende Schulen, Berufsschulen und Universitäten. Beispiele solcher Firmen sind Conrad Electronic (3000 Mitarbeiter, ca. 100.000 Artikel), die Firma Reichelt Elektronik (220 Mitarbeiter, ca. 30.000 Artikel), die Bürklin OHG oder die Firma ELV Elektronik.

Literatur

Zeitschriften

• elektor
• ELVjournal
• Funkamateur
• Funkschau
• Elrad (eingestellt 1997)
• ELO (eingestellt 1989)
• Populäre Elektronik

Bücher

• Norbert Adolph, Hrsg.: Jean Pütz, Einführung in die Elektronik : das Buch nach der gleichnamigen Fernsehserie, Frankfurt am Main : Fischer-Taschenbuch-Verlag, 1993, ISBN 3-596-26273-9
• Klaus Kleemann, Digitale Elektronik für Anfänger : e. Einf. in d. digitale Elektronik durch Theorie u. Praxis, 7. Aufl., München : Franzis, 1988, 142 S., ISBN 3-7723-1797-9
• Dieter Nührmann, Elektronik - was ist das? : Eine unterhaltsame Einf. für Anfänger in d. Geheimnisse d. prakt. Elektronik, 2., verb. Aufl., München : Franzis, 1987, 309 S., ISBN 3-7723-7272-4
• Heinz Richter, Elektrotechnik für Jungen. Eine Einführung durch Selbstbau und Experimente, die jedem gelingen, 1964.
• Heinz Richter, Elektronik in Selbstbau und Versuch, 1966.
• Heinz Richter, Radiobasteln für Jungen, 1968.
• Heinz Richter, Das große Transistor-Bastelbuch. Anleitungen zum Selbstbau von über 100 einfachen Transistorgeräten, 1971.
• Hellmuth E. Wolf, Elektronik-Basteln für Fortgeschrittene : Aufbauwissen über elektron. Bauelemente u. viele Schaltbeispiele für fortgeschrittene Hobbybastler ; Verstärker, Warner, Steuerungen, Spiele u. a. mehr, München : Humboldt-Taschenbuchverlag, 1987, ISBN 3-581-66560-3

Weblinks

• FAQ der Newsgroup de.sci.electronics
• Das Elektronik-Kompendium
• Elektronik bei www.schulphysik.de
• mikrocontroller.net, Hobbyelektronik bis in den professionellen Bereich
• roboternetz.de, Forum und Wiki mit Schwerpunkt Robotik