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Wie lernt man das PCB-Layout? DIY-Anleitung Kicad 2023

Views: 728 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 2023-03-20 Herkunft: Site

In dieser Serie erkläre ich das grundlegende Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte (PCB) mit der kostenlosen Open-Source-Software (OSS) „KiCad“. 

PCB-Layout

Dies ist der dritte Teil der Serie, daher werden wir den Schaltplan eingeben und das Platinenlayout entwerfen.

KiCad verfügt über einen Schaltplan-Editor namens „Eeschema“ und einen Leiterplatten-Layout-Editor namens „Pcbnew“. Dieses Mal werden wir diese leistungsstarken Tools nutzen, um Leiterplatten entwerfen und erstellen Sie „Gerber-Daten“, die an Leiterplattenhersteller übermittelt werden sollen. 

Die Übermittlung dieser Gerber-Daten an den Platinenhersteller wird als „Zeichnung“ bezeichnet. In diesem Artikel erkläre ich den konkreten Ablauf beim Drucken.

Funktionsprinzip des astabilen Multivibrators

Das Funktionsprinzip dieser Schaltung wird im Folgenden kurz erläutert. Da es nicht direkt mit der Bedienung von KiCad zusammenhängt, können Sie es überspringen. Wenn man jedoch das Prinzip versteht, wie elektronische Schaltkreise funktionieren, wird es meiner Meinung nach viel mehr Spaß machen, eigene Schaltkreise zu bauen.

Ein astabiler Multivibrator enthält zwei Transistoren (Bipolartransistoren), „Q1“ und „Q2“. Da diese Transistoren abwechselnd eingeschaltet werden, blinken die an ihre jeweiligen Kollektoren angeschlossenen LEDs „D1“ und „D2“ abwechselnd. 

Die Dauer, mit der die LED blinkt, hängt von der Zeitkonstante des Widerstands „R2“ und des Kondensators „C1“ ab, die an die Basis (B) von Q1 angeschlossen sind, und von der Zeitkonstante des Widerstands „R3“ und des Kondensators „C2“, die an die Basis (B) von Q2 angeschlossen sind Basis von QXNUMX. Sie wird durch die Zeitkonstante bestimmt. 

Platzieren eines Transistorsymbols

Klicken Sie auf den Zeichenbereich im Schaltplaneditor, um ihn zu aktivieren, und drücken Sie dann die Taste [a] auf Ihrer Tastatur. Warten Sie eine Weile, während die Schaltplansymbolbibliothek geladen wird. Sie können auch auf die Schaltfläche „Symbol platzieren“ auf der linken Seite des Bildschirms klicken, ohne die Tastenkombination zu verwenden.

Symbole für häufig verwendete Komponenten wie „Widerstände“, „Kondensatoren“, „Induktivitäten“, „Dioden“ und „Transistoren“ sind alle in einer Bibliothek namens „Gerät“ enthalten. Auf der linken Seite dieses Bildschirms wird eine Liste mit Bibliotheksnamen angezeigt. Beim Laden der Schaltplansymbolbibliothek wird „Symbol auswählen“ angezeigt. Bei Problemen empfehlen wir zunächst die Suche in der „Geräte“-Bibliothek.

PCB-Layout

Das gerade platzierte Symbol „Q_NPN_EBC“ wird kurz erklärt. In der KiCad-Bibliothek beginnen symbolische Namen für Transistoren (sowohl bipolare als auch MOS) mit dem Buchstaben „Q“. Das folgende „NPN“ gibt den Typ des Transistors an.

 Diesmal ist der Transistor „2N5551“ ein Bipolartransistor vom NPN-Typ, daher habe ich ein Symbol gewählt, das dazu passt. Der Footprint des in KiCad vorbereiteten Transistors ist „1, 2, 3 in der Reihenfolge von links“. Das letzte „EBC“ stellt die eigentliche Pin-Anordnung dar. „EBC“ steht für „Emitter (E) ist Pin 1, Basis (B) ist Pin 2 und Kollektor (C) ist Pin 3“. ).

Wenn Sie andere Transistoren verwenden, verwenden Sie bei der Auswahl des Symbols die richtige Pinbelegung. Wenn Sie Ihre eigenen Symbole oder Footprints verwenden, überprüfen Sie außerdem noch einmal, ob die Pinbelegung konsistent ist.

Im „Footprint Library Browser“

 Der diesmal verwendete Transistor „2N5551“ hat ein Gehäuse namens „TO-92“ (in Form einer Fischfrikadelle). Daher wählen wir einen Footprint aus der Bibliothek „Package_TO_SOT_THT“. Diese Bibliothek enthält viele Footprints für „TO“- und „SOT“-Gehäuse mit Anschlüssen (Through-Hole-Technologie). Wählen Sie den Footprint aus, der dem Symbol zugeordnet werden soll.

Ich habe dieses Mal den Footprint „TO-92_Inline_Wide“ aus der Bibliothek „Package_TO_SOT_THT“ gewählt. Dieser Footprint hat einen Stiftabstand von 2.54 mm (100 mil), der gleiche Abstand wie bei einer typischen Universalplatine. Da die Anschlussdrähte außerdem in einer horizontalen Reihe (in einer Linie) angeordnet sind, wird die Verwendung meines Erachtens genauso komfortabel sein wie bei der Herstellung eines Prototyps mit einer Universalplatine.

Doppelklicken Sie auf den Footprint-Namen, der verwendet werden soll. Der Footprint-Name wird in der Spalte „Footprint“ der Symboleigenschaft registriert.

Außerdem ist in der Spalte „Wert“ die Transistormodellnummer „2N5551“ eingetragen. Dies ist für das Platinendesign nicht unbedingt erforderlich, es wird jedoch empfohlen, es zu verfassen, um das Verständnis des Schaltplans zu erleichtern.

Klicken Sie nach Abschluss der oben genannten Vorgänge auf [OK], um zum ursprünglichen Schaltplanbildschirm zurückzukehren. Um den Eigenschaftenbildschirm über die Tastatur zu schließen, drücken Sie die Tasten [Umschalt] + [Eingabe] (anstelle der Schaltfläche [OK]) oder die Taste [Esc] (anstelle der Schaltfläche [Abbrechen]).

Vergessen Sie bei der Eingabe eines Schaltplans nicht, den Footprint für jedes Symbol zu registrieren. Wenn Sie das „Symbol nach der Registrierung des Footprints“ kopieren, wie dieses Mal, bleiben die Footprint-Informationen auch nach dem duplizierten Symbol erhalten. Wenn Sie auf diese Weise Kopieren und Einfügen verwenden, ersparen Sie sich die Mühe, jedes Mal die Footprint-Bibliothek durchsuchen zu müssen. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Möglichkeit besteht, dass Sie versehentlich einen anderen Fußabdruck registrieren.

LED-Symbole platzieren

Drücken Sie die Taste [a], um den Bildschirm „Symbol auswählen“ zu erstellen. Als nächstes platzieren Sie das Symbol für die LED (Leuchtdiode). Dieses Mal verwenden wir das Symbol „LED_ALT“ aus der Bibliothek „Device“.

Nachdem Sie das Symbol platziert haben, bewegen Sie den Mauszeiger über das Symbol und drücken Sie die Taste [e], um die Eigenschaften anzuzeigen. Klicken Sie auf die Bibliotheksreferenzschaltfläche (Lesezeichen) in der Spalte „Footprint“, um den „Footprint Library Browser“ anzuzeigen. 

PCB-Layout

Diesmal haben wir in der Bibliothek „LED_THT“ den Footprint „LED_D5.0mm“ ausgewählt. Dies ist die Grundfläche für eine LED mit 5.0 mm Durchmesser.

 Geben Sie nach der Auswahl des Footprints in der Spalte „Wert“ des Symboleigenschaftenbildschirms die LED-Farbe „ROT“ ein, die dieses Mal verwendet werden soll, und klicken Sie auf [OK]. 

Danach duplizieren Sie ein Symbol und platzieren es an einer geeigneten Stelle, genauso wie beim Platzieren des Transistorsymbols. 

 Platzieren eines Kondensatorsymbols

Als nächstes platzieren Sie ein Symbol für einen Kondensator (Elektrolytkondensator). Diesmal habe ich in der „Device“-Bibliothek das Symbol „CP“ (Polarized Capacitor) gewählt. Platzieren Sie dies auf der Zeichnung.

Ich werde diesen Fußabdruck kurz erläutern.

 „CP“ steht für einen Footprint für polarisierte Kondensatoren. „Radial“ bedeutet, dass die beiden Leitungen in die gleiche Richtung herauskommen. Das damit verbundene Wort ist „Axial“ und bezieht sich auf eine Form, bei der Anschlussdrähte aus der linken und rechten Seite des Teils herausragen. „D5.0 mm“ bedeutet „Der Durchmesser des Teils beträgt 5.0 mm“. 

Der diesmal verwendete Elektrolytkondensator ist „100 uF, 16 V“, und ich habe mich für diesen entschieden, weil die meisten Kondensatoren mit dieser Kapazität und Spannungsfestigkeit einen Durchmesser von etwa 5.0 mm haben. 

Das letzte „P2.50mm“ bedeutet, dass „der Anschlussdrahtabstand (Pitch) 2.50 mm beträgt“. 2.5 mm (100 mil) entsprechen einem Pitch der Universalplatine. Wenn es sich um einen Elektrolytkondensator von etwa 100 uF handelt, kann er meiner Meinung nach in den meisten Fällen im Rastermaß 2.5 mm eingebaut werden.

Fehler bei der Montage von Teilen 

Wenn Sie beim Abstand zwischen den Stiften einen Fehler machen, können Sie die Teile nicht auf der Leiterplatte montieren. Wählen Sie daher die Grundfläche sorgfältig aus. 

Wenn Sie ein Teil zum ersten Mal verwenden, empfehlen wir Ihnen, die Abmessungen im Datenblatt zu überprüfen. Auch wenn Sie Allzweckteile wie dieses Mal verwenden, ist die Standardbibliothek von KiCad ausreichend. Bei der Verwendung spezieller Teile ist es jedoch schneller, selbst einen Fußabdruck zu erstellen. Beachten Sie in diesem Fall bitte das in Teil 2 dieser Serie erläuterte Verfahren.

Geben Sie nach Auswahl des Footprints in der Spalte „Wert“ des Symboleigenschaftenbildschirms die Kondensatorkapazität „100u“ ein, die dieses Mal verwendet werden soll, und klicken Sie auf [OK]. Danach duplizieren Sie ein Symbol auf die gleiche Weise wie zuvor, drücken Sie die Taste [y], um es horizontal zu spiegeln, und platzieren Sie es dann an einer geeigneten Stelle. 

 Platzieren eines Widerstandssymbols

Als nächstes platzieren Sie das Widerstandssymbol. Das Widerstandssymbol verwendet „R“ aus der „Device“-Bibliothek. (Ich bin mit den gezackten Symbolen des alten JIS vertraut, daher entwerfe ich normalerweise mit meinen eigenen gezackten Widerstandssymbolen.)

Platzierung von Symbolen für Anschlüsse (Pads) für Batteriekästen

Bereiten Sie „Pads“ zum Löten der Anschlussdrähte des Batteriekastens vor. In solchen Fällen ist es praktisch, das Symbol „TestPoint“ aus dem „Connector“ zu verwenden.

„THTPad“ bezieht sich auf ein Pad mit einem Loch zum Einführen von Anschlussdrähten. Das „Pad“ hingegen ist lediglich ein Pad ohne Löcher und nur mit einer freiliegenden Kupferfolie. „D2.0 mm“ bedeutet, dass der Gesamtdurchmesser 2.0 mm beträgt.

 „Drill1.0mm“ bedeutet, dass der Lochdurchmesser (Bohrerdurchmesser) 1.0 mm beträgt. Bei der Verwendung allgemeiner elektronischer Teile, Anschlussdrähte, verzinnter Drähte usw. kann ein Loch mit einem Durchmesser von 1.0 mm die meisten davon aufnehmen.

Über den Autor

Ich bin seit 2015 als Leiter für Technik und Vertrieb bei Victorypcb tätig. In den letzten Jahren war ich für alle Messen im Ausland verantwortlich, beispielsweise in den USA (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) und Japan (Nepcon) usw. Unsere Fabrik wurde 2005 gegründet 1521, jetzt haben wir XNUMX Kunden auf der ganzen Welt und genießen bei ihnen einen sehr guten Ruf.

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