Instrumentos de un laboratorio de electrónica: cómo equipar un laboratorio desde cero
Tras haberme mudado varias veces de país y haber trabajado en varias empresas (o departamentos dentro de ellas) que no contaban con equipos de ingenieros electrónicos expertos, he tenido que equipar más de un laboratorio de electrónica para mí y para mis clientes con los instrumentos adecuados. Las startups que estén planificando realizar ensayos internos también tendrán que configurar un laboratorio electrónico y hacerse con el equipamiento adecuado. En ocasiones, todo esto debe hacerse con presupuestos muy ajustados, mientras que, otras veces, he tenido a mi disposición algún que otro millón de dólares con el que trabajar. En este artículo, voy a tratar de abordar diversos niveles de presupuesto; así pues, tanto si eres un aficionado, una gran empresa u organización que quiere expandirse hacia la electrónica de última generación o te encuentras en algún punto intermedio de las dos opciones mencionadas, aquí encontrarás todo el equipo e instrumentos que necesitas para montar un nuevo laboratorio de electrónica desde cero.
El equipamiento aquí seleccionado se basa en los siguientes supuestos:
- Trabajas principalmente en electrónica digital, no en módulos de radio ni en audio de gama alta.
- Construyes y retocas los prototipos a mano en tus propias instalaciones.
- Trabajas con microcontroladores, con FPGA o con otros procesadores digitales en los que el código y el hardware deben depurarse juntos.
Si acabas de empezar en el mundo de la electrónica como un pasatiempo, todo lo que aparece en esta lista puede resultar un poco excesivo: ¡sin duda se trata de una gran cantidad de herramientas y de hardware! Sin embargo, si te dedicas a diseñar y construir productos, incluso si son solo para tu uso privado, probablemente encontrarás aquí todo lo que necesitas en cuanto a equipamiento, incluso si tan solo eres un aficionado o un estudiante de ingeniería electrónica.
La alternativa más económica puede resultar útil a estudiantes y aficionados, pero probablemente no ofrezca el rendimiento o la facilidad de uso que requiera un profesional. Para un profesional será adecuada la gama media o superior de herramientas, que, si bien son más caras, se amortizan solas con el ahorro en mano de obra. Un aficionado serio con un poco más de dinero que dedicar a una buena herramienta podría considerar la opción intermedia en lugar de la económica. Todas las opciones de herramientas e instrumentos de laboratorio electrónico se basan en lo que yo esperaría ver en manos del público objetivo. Las sugerencias se centran en el rendimiento total y en las prestaciones a obtener por euro invertido, teniendo en cuenta los salarios cuando sea relevante, en lugar de intentar simplemente gastar mucho dinero (para las opciones de gama alta) o gastar lo menos posible (para la opción de gama baja).
Me cuesta mucho recomendar marcas concretas, pero si de vez en cuando lo hago, es porque he probado muchas otras marcas y no me ha convencido ninguna. Por ejemplo, cuando se trata de probar equipos, es porque esa marca determinada ofrece las mejores especificaciones con relación a su precio para ese segmento del mercado. Por lo general, no compraré ni recomendaré algo solo porque una marca en concreto lo fabrique, ya que me importa mucho más encontrar la herramienta más adecuada para la tarea a realizar.
Los equipos más básicos en un laboratorio de electrónica
Estos son los componentes y herramientas que considero que todo el mundo debe tener al montar un laboratorio de electrónica. Tanto si trabajas con componentes aeroespaciales como si estás montando tu primera PCB, todo lo que encontrarás aquí te resultará de utilidad.
Herramientas manuales
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Sistema de sujeción manos libres (sin lupa) Extremadamente barato e increíblemente útil. Ideal para sujetar cables, placas y componentes. Es preferible tener una tercera pinza de cocodrilo que una lupa. Pon un tubo termorretráctil sobre cada mandíbula de la pinza para proteger el aislamiento de los cables y las placas de PCB. |
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Juego de pinzas ESD de acero inoxidable Estas pinzas facilitan la colocación de pequeños componentes SMT para soldarlos o sacarlos de la placa. Si lo adquieres en eBay o Amazon, te resultará más barato que si lo compras a un proveedor de electrónica y no notarás ninguna diferencia. Como mínimo, necesitarás una pinza puntiaguda recta (n.º 10) y una pinza puntiaguda curva (n.º 15 o 17) |
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Juego de destornilladores de buena calidad Olvídate de los destornilladores baratos, ve directo a los de Wera Kraftform o Wiha. La calidad del acero y de sus puntas cortadas con láser te garantizan una mayor durabilidad y dañan menos los tornillos. Si trabajas con tensiones de red, un set de destornilladores VDE de alta calidad, en contraposición a uno barato de marca blanca, te puede salvar la vida. Puedes encontrarlos en la mayoría de ferreterías y tiendas de herramientas de electrónica. Al comprarlos, fíjate bien que incluyan el tamaño 0. Los destornilladores hexagonales y Torx también resultan muy útiles. |
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Juego de alicates de alta calidad Una vez más, olvídate de las opciones baratas y quédate con marcas alemanas como Wera, Wiha, Felo o Knipex. Al igual que con los destornilladores, las herramientas alemanas tendrán un acero de mejor calidad y las mandíbulas se ajustarán mejor. Si trabajas con tensiones de red, un aislamiento de alta calidad puede salvarte la vida. Un buen conjunto incluirá alicates de punta, de corte lateral y universales o combinados. Podrías pensar que si solo trabajas en microelectrónica, puedes obviarlos, pero te aseguro que en un par de días los echarás en falta. |
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Cizallas de corte raso Cuando necesites recortar un hilo soldado a una placa de PCB o los cables de los componentes o conectores con orificios pasantes, no hay nada mejor que unas cizallas de corte raso. Las cizallas de corte lateral, como las que puedes ver arriba, son útiles, pero vale la pena tener un buen par de cizallas de corte raso. Y quiero decir uno realmente bueno: un par barato no sirve para nada. Los bordes de corte deben estar afilados y alineados a la perfección a fin de cortar los cables de conectores más gruesos y el acero debe ser de alta calidad para que el filo no se desgaste. Considera unas Weller Xcelite 170MN o unas Hakko CHP-170 Puedes comprarlas en: únicamente tiendas de productos de electrónica. |
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Pinzas pequeñas de punta fina En este caso, puedes conformarte con las más baratas. Siempre va bien tener en un laboratorio de electrónica un juego de pinzas de 125-150 mm con mandíbulas lisas. Las mandíbulas dentadas son útiles para aplicar fuerza, pero las lisas pueden funcionar mejor a la hora de manipular componentes, cables o conectores. Si quieres una marca, considera las Wiha 32752 o las Hakko PN-2008. |
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Pelacables y cortacables Si tienes un presupuesto ajustado para montar el laboratorio de electrónica, será suficiente con las opciones más económicas de pelacables y cortacables. Sin embargo, no cortarán ni se ajustarán tan bien como los de marcas estadounidenses o alemanas. Si te lo puedes permitir, compra un conjunto mejor. Personalmente, prefiero los mangos ligeramente curvados (como se muestra en la imagen) porque son un poco más ergonómicos. |
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Bisturís de precisión para manualidades Si estás retocando una placa de PCB o encuentras un fallo en ella, un buen bisturí te ayudará a cortar incluso una pista pequeña con poco espacio o a raspar la máscara de soldadura del cobre para añadir un componente o leer una tensión o señal. Las opciones más baratas son tan funcionales como las caras de marca, pero pueden resultar incómodas tras largos periodos de uso. Compra una caja de cuchillas de repuesto, ya que se gastan con bastante rapidez. |
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Pistola de pegamento termofusible Si me preguntas a mí, el pegamento termofusible es la panacea. Lo pega casi todo, es estupendo para reducir la tensión del cableado y se quita fácilmente con un par de gotas de alcohol isopropílico. Necesitarás una pistola de pegamento de alta temperatura de 12 mm, no una pistola pequeña para manualidades. La serie Polygun de 3M incluye pistolas extraordinarias, pero muy caras. Si dispones de poco dinero, una pistola de la marca de herramientas eléctricas de tu ferretería local será suficiente. Compra una económica en: ferreterías, Amazon o eBay, tiendas de herramientas eléctricas. Y una de alta calidad en: tiendas de electrónica o proveedores de ingeniería mecánica. |
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Lámpara con lupa A menudo, necesitarás un poco de luz, ver de más cerca alguna una pequeña pieza o leer la inscripción de un circuito integrado. Una buena lámpara con lupa cubre todas esas opciones. Puedes comprarla con una base pesada o con una pinza de sujeción (o con ambas cosas). Hoy en día, casi todas funcionan con luz led. Si es posible, compra una con una temperatura de color equivalente a la luz diurna. Puedes comprarla en: tiendas de manualidades, tiendas de electrónica, Amazon, eBay o HobbyKing |
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Calibre digital Te sorprenderá la frecuencia con la que usarás un buen calibre en cuanto lo tengas. Si estás integrando la electrónica en cualquier elemento o trabajando en algo (aunque sea remotamente) mecánico, un calibre es imprescindible. Si te lo puedes permitir, compra un Mitutoyo de 200 mm. Si no, cualquier otra opción también te servirá. Los calibres más económicos no se deslizan ni se bloquean tan fácilmente, no recuerdan bien la posición cero, pueden no leer bien al abrir o cerrar las mandíbulas rápidamente, no están fabricados con aceros tan resistentes y las pilas se gastan muy rápido. Dicho esto, yo tengo un Mitutoyo y unos seis baratos. Puedes comprar uno económico en: eBay/Amazon/HobbyKing |
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Esterilla ESD Las esterillas ESD no son baratas, pero vale la pena tener una en el equipo necesario de tu laboratorio electrónico. Si te encuentras en una región con poca humedad o a gran altitud, este tipo de esteras son imprescindibles. En cambio, regiones con una alta humedad tienen un riesgo de ESD mucho menor. Las esteras ESD aptas para altas temperaturas son fantásticas para soldar sobre ellas: son lo suficientemente blandas y antideslizantes, lo que te facilita encontrar los componentes que se te puedan caer. Compra una que incluya una correa para la muñeca y una conexión a tierra, no te conformes con una simple estera. Puedes comprar una económica en: eBay/Amazon |
Estación de soldadura
La experiencia de soldar con un equipo Weller es completamente diferente a la de hacerlo con uno barato. Mi sincera recomendación para incorporar en tu laboratorio electrónico es que adquieras directamente un soldador Weller. Incluso habiendo utilizado el popular Hakko, puedo afirmar que la velocidad de transferencia de calor y el control térmico del Weller son superiores y que su empuñadura se mantiene fría al tacto incluso tras horas de uso. Puedes comprobar fácilmente la calidad de tu estación de soldadura trabajando en una PCB con componentes de 0402 o más pequeños conectados a un gran plano de tierra. La mayoría de los soldadores se limitan a calentar ligeramente la diminuta almohadilla, mientras el Weller retira el componente en menos de un segundo. El Weller es caro, pero he probado al menos media docena de productos de la competencia y ninguno de ellos es comparable.
Si no quieres comprar el Weller, querrás al menos una estación de 60 W con puntas intercambiables para las cuales puedas conseguir recambios fácilmente. Si nos fijamos en las puntas intercambiables, cuanto más cerca quede la punta del soldador, mejor. Una punta corta significa que estará lo más cerca posible del sensor de temperatura y de la fuente de calor, por lo que no se enfriará tan rápidamente y su temperatura se ajustará más a la indicada en la estación cuando trabajes con cables gruesos o con placas de circuito impreso con planos de tierra grandes.
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Económico
WE1010 de 70 W |
Calidad
Base WT1012 de 95 W, lápiz de 80 W |
La mejor opción
Base WX1010 de 200 W, lápiz de 120 W |
Personalmente, no creo que valga tanto la pena comprar el WE1010 como el WT1012. El WX1010 es una excelente opción para profesionales que trabajan en PCB con grandes planos de tierra o componentes con una gran masa térmica. Tanto el WT como el WX tienen una amplia gama de lápices que puedes comprar por separado en función de tus necesidades futuras. Aun así, las opciones anteriores se adaptarán a la mayoría de los usos.
El WT1012 acepta las puntas de la serie LT, mientras que el WX1010 acepta las de la serie XNT. En general, no recomendaría las puntas redondas o cónicas, ya que con ellas es más difícil conseguir una buena transferencia del calor debido a la limitada superficie de contacto. Las puntas de cincel vienen en una amplia gama de tamaños, de los cuales las opciones de 1,6 mm, 2,4 mm y 3,2 mm son las que más utilizo. Puedo soldar sin problemas los componentes 0402 con el cincel estándar de 2,4 mm.
Cuando montes el laboratorio electrónico, también necesitarás algunos accesorios para soldar:
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Extractor de humos Al soldar, se formará un hilo de vapor de fundente, que un extractor de humos recogerá, evitando que te destroces los pulmones. Busca uno que pueda inclinarse, como los de Weller o alguno de sus clones. Los de plástico macizo azul, como los de Hakko y sus clones, no son muy prácticos. Si estás en una oficina, un Weller Zero Smog, así como las opciones de sus marcas competidoras, serán mucho mejores para tu salud y tu seguridad. Puedes comprar uno en: proveedores de electrónica, eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Alambre de soldadura Loctite Henkel (Multicore en EE. UU.) 97SC C511 En cuanto encuentres una buena marca de alambre de soldadura, que fluya suavemente, que no ensucie y que te proporcione uniones excelentes, no cambiarás fácilmente a otra. Una bobina de soldadura C511 no es barata, pero ofrece una calidad increíble. Alguna vez me he visto obligado a utilizar soldaduras baratas en el trabajo y, normalmente, acabo trayendo de casa mi alambre Loctite. Algunas soldaduras baratas fluyen como si fueran lodo, o tienen un fundente que ensucia mucho la placa. C511 es un alambre de soldadura sin limpieza que es una mezcla de estaño, plata y cobre que cumple con RoHS. Puedes conseguirlo en una variedad de diámetros. En mi caso, yo suelo tener siempre a mano una bobina de 0,56 mm y otra de 1,63 mm. El de 0,56 mm va bien para componentes de paso fino y el de 1,63 mm para estañar cables gruesos o componentes grandes. |
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Limpiador de puntas de MG Chemicals Seguro que encontrarás limpiadores de puntas más económicos de marca blanca, pero no serán tan eficaces como el que fabrica MG Chemicals y podrían dañar tus costosas puntas de soldar. Cuando la punta empiece a acumular algunos depósitos negros, el limpiador de puntas puede dejarla como nueva, haciendo que la soldadura sea más rápida y eficaz. |
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Bomba absorbente desoldadora de Aven Tools Un absorbente de soldadura es una herramienta muy útil en un laboratorio electrónico si estás tratando de quitar o reemplazar un componente o conector con orificio pasante. He usado esos pequeños cilindros de metal, pero no absorben lo suficiente. Si quieres una herramienta que absorba la soldadura de verdad, hazte con una desoldadora de Aven Tools, que cuesta más o menos lo mismo que cualquier otra, pero tiene un cuerpo muy ancho y un muelle de gran potencia con un pistón de largo recorrido. Hay dos modelos, uno pequeño y uno enorme (el 17535). No lo dudes, ve a por el grande. Puedes comprarlo en: proveedores de electrónica. |
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Mecha de soldadura Admito que no soy un gran fan de la mecha de soldadura, porque con una punta de soldador bien limpia generalmente me basta para eliminar el exceso de soldadura. Sin embargo, a algunas personas les resulta útil para aplanar una almohadilla para un nuevo DPAK (TO-263) o para cualquier otro encapsulado plano de tamaño similar, cuando están haciendo retoques, y, a otras, para limpiar las patillas (pines) de los circuitos integrados. Por norma, suelo tener siempre a mano un rollo de mecha de soldadura de 2 mm y otro de 3 mm. Mientras utilices fundente sin limpieza, esta será una opción válida. Puedes comprarlo en: proveedores de electrónica. |
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Lápiz de fundente sin limpieza 836-P de MG Chemicals Una vez más, nos decantaremos por una marca o modelo concreto. He utilizado una gran variedad de lápices de fundente y uno de alta calidad puede facilitar la reelaboración de una pieza, mientras que uno malo lo suele empeorar todo. El lápiz de fundente sin limpieza 836-P es el más limpio y eficaz que he utilizado desde que Kester dejó de fabricar el suyo. Un lápiz de fundente es como un rotulador grande con una punta de cincel para fundente. Un simple toque de unos pocos segundos, incluso sobre un cable de 8AWG con un alto número de hilos, puede lograr que se empape por completo, en lugar de estar sufriendo para lograr el mismo resultado. Si tienes que volver a trabajar una placa de PCB, puedes limpiar rápidamente los componentes de paso fino en las zonas donde la soldadura puentea los pines. Puedes comprarlo en: proveedores de productos electrónicos, Amazon. |
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Lana de latón de recambio Olvídate de la esponja húmeda, la lana de latón es una opción mucho mejor para limpiar la punta de un lápiz de soldar. Los soportes para lápices de soldar de alta calidad incorporan lana de latón como estándar. Te durará mucho tiempo si la vas rotando con regularidad, pero acabará por gastarse, por lo que merece la pena tener algún trozo de repuesto a mano para cuando esto ocurra. Puedes comprarla en: tiendas de productos electrónicos, eBay, Amazon, Aliexpress o HobbyKing. |
Te habrás dado cuenta de que, en lo que a la soldadura se refiere, soy muy específico en cuanto a las referencias de los componentes. Esto es el fruto de más de una década de ensayo y error, y probablemente te pasará lo mismo cuando encuentres la solución perfecta y te mantengas fiel a ella. Afortunadamente, he tenido la oportunidad de probar muchos productos y descubrir lo que funciona y lo que no. Las herramientas sugeridas para montar el laboratorio electrónico son los productos que me han funcionado a lo largo de los años, y no puedo trabajar sin ellos.
Estación de aire caliente
Después de recomendarte una de las estaciones de soldadura profesionales más caras, puede que te asuste la recomendación que te pueda hacer para una estación de reelaboración de aire caliente. No te preocupes, prefiero una de las opciones más baratas del mercado. A diferencia de un lápiz de soldar, que necesita transferir directamente el calor de forma razonablemente precisa y potente a los componentes, una estación de aire caliente solo debe calentar el aire y mandarlo a la placa, al cable o al componente termorretráctil. Las estaciones de reelaboración de aire caliente de la serie 858D son asequibles y permiten un control preciso de la temperatura y la velocidad del flujo de aire. Si necesitas calentar una sección de la placa, o incluso rehacer completamente la soldadura, el 858D lo hará sin problemas. También es una opción mucho mejor para los tubos termorretráctiles que un mechero o una pistola de calor, ya que no puedes controlar la temperatura.
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Estación de aire caliente ATTEN (y clones) 858D/858D+ Económica y eficaz. No vale la pena gastar más de lo que vale una 858D. Puedes comprarla en: eBay/Amazon/Aliexpress. |
Suministros para prototipos
Tanto si acabas de empezar en la electrónica o estás diseñando productos complejos, desarrollando un proyecto (o, al menos, secciones del mismo), una placa de pruebas suele ser una buena idea. Si estás programando firmware, te ayudará a asegurarte de que todo funciona, antes de pasar al diseño de la PCB.
En general, no soy muy fan de los kits de componentes electrónicos, ya que no los encuentro muy útiles para mis diseños. Sin embargo, sí que creo que es una buena idea tener una variedad de resistencias, LED y condensadores con orificios pasantes. No he utilizado una resistencia con orificio pasante en la producción de una PCB en la última década, pero son muy útiles para las placas de pruebas y para corregir errores en una PCB de prototipo. Los LED pueden parecer una elección extraña, pero puedes utilizarlos en una placa de pruebas o soldarlos a prácticamente cualquier línea lógica para obtener una rápida indicación visual del estado en que se encuentra y si la línea puede soportar la carga de corriente.
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Cable cinta El cable cinta a granel es realmente útil. Puedes despegar un solo hilo de cable o varios a la vez para obtener un cable de varios colores para conectar placas o componentes. También es una forma increíblemente rentable de conseguir una gran cantidad de cable, ya que las cintas anchas no cuestan mucho más que las cintas con solo unos pocos conductores. Compra la cinta más ancha y colorida que puedas encontrar. Puedes comprarla en: proveedores de electrónica, eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Juego de cables trenzados Aunque el cable cinta es fantástico, a veces necesitarás una gran longitud de un solo color. Los juegos de cables trenzados pueden ser muy útiles para conectar prototipos/placas de interconexión. Puedes encontrarlos en bobinas en juegos de cajas como los de la imagen, o por metro. Los tamaños de 22AWG y 24AWG son los más prácticos y útiles para la mayoría de proyectos. Puedes comprarlo en: proveedores de automoción, eBay/Amazon, Sparkfun, Adafruit, Active Tech. |
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Placa de pruebas sin soldadura Si vas a crear prototipos con componentes de orificio pasante o placas de interconexión, una placa de pruebas sin soldadura te ahorrará mucho esfuerzo. Puedes comprarlas en tamaño mini, pero incluso las grandes (más de 800 puntos/más de 60 filas) se te quedarán demasiado pequeñas con bastante rapidez, así que considera la posibilidad de comprar dos o más. Puedes comprarla en: proveedores de electrónica, eBay/Amazon/Aliexpress, Sparkfun/Adafruit. |
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Fuente de alimentación para la placa de pruebas A veces no querrás lidiar con una fuente de alimentación de laboratorio y solo necesitas una fuente sencilla de 3,3 V o 5 V para tu proyecto de placa de pruebas. Estas fuentes de alimentación baratas se conectan directamente a los rieles de alimentación de una placa de pruebas y te dan la opción de 3,3 V o 5 V en cada riel. Puedes alimentarlas con un cable USB o con un conector de barril. Puedes comprarla en: eBay/Amazon/Aliexpress, Sparkfun/Adafruit. |
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Cables puente de cinta ondulados/cables de conexión Los cables cinta con extremos ondulados son increíbles para conectar cosas a placas de pruebas o acceder a los pines en conectores espaciados de 2,54 mm / 0,1''. Te interesa tenerlos en tu laboratorio de electrónica en todas las opciones (macho a macho, macho a hembra y hembra a hembra) para estar cubierto ante cualquier eventualidad. Puedes comprarlos en: eBay/Amazon/Aliexpress, Sparkfun/Adafruit. |
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Kit de tubos termorretráctiles Si vas a soldar cables entre sí, necesitarás una forma de cubrir la unión. Un kit económico de tubos termorretráctiles te será muy útil al ofrecerte varios colores y diámetros en una pequeña caja. Puedes comprarlo en: eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Kit surtido de condensadores electrolíticos económicos Si estás trabajando en una placa de pruebas o necesitas un poco más de capacitancia para estabilizar la tensión en una placa de prototipos, estos kits te ofrecen una gama de opciones al alcance de la mano sin arruinarte. Los condensadores suelen ser de tolerancia deficiente y no tienen una vida útil muy larga, pero eso no importa para la creación de prototipos. Puedes comprarlo en: eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Kit surtido de resistencias económicas Vale la pena disponer en tu laboratorio de electrónica de una buena gama de resistencias, tanto si vas a diseñar un circuito en una placa de pruebas, como si vas a corregir un error de cálculo en un prototipo de PCB. Un kit barato que abarque varios de valores de tolerancia del 5 % / E24 será más que suficiente. Puedes comprarlo en: eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Kit de LED surtidos y económicos, de 3 mm y 5 mm Como se ha dicho anteriormente, los LED son útiles para indicar la lógica o para hacer proyectos coloridos y llamativos. Puedes usar fácilmente los LED de tamaños de 3 mm y 5 mm en placas de pruebas o montarlos en carcasas de proyectos. Puedes comprarlo en: eBay/Amazon/Aliexpress. |
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Cabezales de pines breakaway Nunca se pueden tener suficientes cabezales de pines breakaway en tu laboratorio de eletrónica. Comprarás placas de interconexión sin cabezales soldados y tendrás que soldarlos tú mismo para utilizarlos en tus PCB. También hacen que conectar cualquier cosa a una placa de pruebas resulte muy fácil. Si puedes encontrarlos chapados en oro, tendrán una vida más larga y seguirán siendo fáciles de soldar. Los baratos chapados con estaño se deslustran rápidamente. Puedes comprarlos en: proveedores de electrónica, eBay/Amazon/Aliexpress. |
Hay muchos más suministros que necesitarás en el equipamiento de tu laboratorio de electrónica para crear prototipos. Sin embargo, suelen necesitarse según las especificaciones de cada proyecto individual. Acabarás coleccionando una serie de kits de desarrollo, depuradores de hardware, placas de interconexión, pantallas y similares, que te permitirán construir diseños completos en una placa de pruebas antes de empezar con el esquema en el software EDA/ECAD.
Equipos para pruebas
Ahora, llegamos a la parte divertida del montaje de un laboratorio de electrónica: ¡los aparatos! A todos los ingenieros les encantan los equipos de pruebas, pero, entre todos ellos, los ingenieros electrónicos son especialmente afortunados en comparación con otros campos de la ingeniería, ya que pueden visualizar fácilmente todos los aspectos de su trabajo si disponen de suficientes equipos de pruebas. Para la mayoría de los laboratorios de electrónica, se requieren tres equipos clave: un multímetro digital, un osciloscopio y un analizador lógico.
También voy a añadir aquí una fuente de alimentación de laboratorio; no es estrictamente un equipo para pruebas, pero ser capaz de marcar la tensión que necesites y, lo que es más importante, limitar la corriente a una placa recién montada, puede poner al descubierto rápidamente un fallo sin destruir la placa.
Multímetro digital
El multímetro es el equipo de pruebas más básico y no puede faltar en un laboratorio de electrónica. Un multímetro bueno te permitirá leer la tensión de CA y CC, la corriente CA y CC, la continuidad, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia y los diodos de prueba. Vienen en dos formatos: de mano y de sobremesa. Las unidades manuales son mucho más portátiles, mientras que las de sobremesa suelen tener mayor precisión y funciones adicionales. Una de las principales ventajas de la mayoría de los multímetros digitales de sobremesa es que te permiten utilizar una medición de resistencia de 4 hilos en lugar del método típico de 2 hilos, lo que ofrece una mayor precisión con valores de resistencia bajos. Hay algunas unidades de sobremesa de gama muy baja que tienen exactamente la misma funcionalidad y precisión que una unidad portátil, por lo que las voy a ignorar, ya que si tuviera que elegir una de ellas, siempre me decantaría por la portátil.
Una de las principales especificaciones que evaluarás en un multímetro, más allá de su conjunto de funcionalidades, es la resolución en dígitos o cuentas: cuanto más grande sea, mejor. También querrás asegurarte de que el medidor tenga una clasificación de seguridad adecuada, ya sea CAT III o CAT IV. Puedes leer más sobre las categorías en National Instruments.
Tanto si eres nuevo en electrónica como si eres ya veterano, siempre te recomiendo optar por un medidor de RMS real con reconocimiento automático de valores. Los medidores más baratos requerirán que selecciones el intervalo de medición manualmente, lo que supone una pérdida de tiempo que el reconocimiento automático te habría ahorrado. Tener un medidor de RMS real significa que lees la media cuadrática real de la tensión en una forma de onda alterna, en lugar de solo la tensión media.
Solo debes comprar tu multímetro a un distribuidor de electrónica reconocido o proveedor de equipos de prueba, como DigiKey, Mouser, Element14/Farnell/Newark, RS Components y similares. Al comprarlo a un proveedor de confianza, te asegurarás de que el medidor sea auténtico y haya superado las pruebas de seguridad correspondientes. Un medidor barato está muy bien, pero si mides la tensión de corriente alterna con el ajuste incorrecto (por ejemplo, en modo de prueba de continuidad), algunas marcas más baratas te estallarán (literalmente) en la mano.
He estado usando un medidor portátil Fluke 87 durante más de una década y ha sido fantástico. Ha perdido su capacidad de medición de la corriente mA y se han roto algunos de los soportes internos de plástico, por lo que me estoy planteando comprar otro este año y, cuando lo haga, me basaré en mis propias recomendaciones. A pesar de la fantástica reputación y calidad de Fluke, seguramente me decida por uno de los modelos de Keysight que aparecen a continuación, ya que creo que Keysight ofrece actualmente una mejor relación calidad-precio que Fluke.
Si vas a montar un laboratorio de electrónica para varios ingenieros e intentas ahorrar dinero, plantéate la posibilidad de dar a cada ingeniero un medidor portátil de gama media y tener una mesa reservada con equipos de sobremesa de gama más alta que puedan ser utilizados por el equipo cuando se requieran mediciones más precisas.
Multímetros digitales portátiles
Multímetros digitales de sobremesa
Osciloscopio de almacenamiento digital
El osciloscopio es una de las herramientas más útiles para desarrollar y depurar dispositivos electrónicos y que recomiendo que tengas en el laboratorio de electrónica. Te permite ver la señal en una línea (o varias líneas con múltiples canales) en escalas de tiempo muy pequeñas y con una resolución muy alta. Hay una amplia gama de osciloscopios, que van desde varios cientos de euros hasta más de lo que cuesta un automóvil deportivo de lujo o incluso una casa familiar. Los que te presentamos a continuación están en el extremo inferior de esta escala. Si vas a montar tu primer laboratorio de electrónica, es muy poco probable que necesites un osciloscopio que cueste varios cientos de miles de dólares.
Hay tres especificaciones fundamentales que debes tener en cuenta al buscar un osciloscopio. Ya que esta guía no pretende ser un manual muy detallado para comprar un osciloscopio, las repasaremos muy rápidamente.
En primer lugar, tenemos el ancho de banda. El ancho de banda que necesitas debe ser, al menos, de tres a cinco veces la frecuencia fundamental de la señal que deseas medir. Si vas a trabajar en una fuente de alimentación con una frecuencia de conmutación de 2,5 MHz, únicamente necesitarás un ancho de banda de 12,5 MHz. Sin embargo, si quieres verificar los datos SPI sincronizados a 40 MHz, necesitarás un ancho de banda de 200 MHz. Si te fijas en las señales LVDS en una pantalla, verás que la señal se puede sincronizar a más de 100 MHz, lo que significa que necesitarás un osciloscopio con 500 MHz de ancho de banda. El ancho de banda es también uno de los principales factores que influyen en el coste de un osciloscopio, que aumenta casi exponencialmente con el ancho de banda. Es probable que el aficionado medio tenga suficiente con un osciloscopio de 50-100 MHz. Si te dedicas a ello profesionalmente, un osciloscopio de 200-500 MHz podría ser más apropiado en función de tus diseños.
En segundo lugar, tenemos la frecuencia de muestreo. Necesitas un ancho de banda que sea al menos del doble de la frecuencia de muestreo para que el osciloscopio funcione, con lo que podríamos decir que cinco veces más que el ancho de banda será suficiente. Verás que en la mayoría de los osciloscopios digitales modernos que estamos considerando, el ancho de banda es diez veces mayor que la frecuencia de muestreo.
En tercer lugar, tenemos la profundidad de la memoria. Una mayor profundidad de memoria es casi siempre deseable, ya que te permite tener una mayor duración de medición. La duración que puedes medir de una vez es función de la profundidad de memoria dividida por la frecuencia de muestreo (es decir, cada muestra ocupa un punto de memoria). Si tienes más memoria, puedes visualizar una señal durante un periodo de tiempo más largo, o con una resolución más fina, lo que te facilita encontrar el fallo que esté causando tus problemas de hardware.
Los osciloscopios vienen en varias configuraciones, y la mayoría de los básicos tienen dos canales. Dos canales me parecen muy poco, ya que normalmente querré un tercer canal para medir o ver otra señal relacionada con las dos primeras. Por ejemplo, en un puente en H, puedes vigilar los pines de compuerta de dos MOSFET y también las entradas de tu CI controlador de compuerta o, en una fuente de alimentación conmutada, vigilar la tensión en la entrada, la salida y después de un filtro. Al igual que con muchos equipos, suele ser más barato comprar algo que ofrezca más de lo que necesitas de inmediato, que tener que comprar otro equipo para satisfacer tus necesidades al cabo de unos meses.
Otra opción de configuración en los osciloscopios modernos es un osciloscopio de señal mixta, que integra un analizador lógico en el osciloscopio. A primera vista, puede que no parezca especialmente útil tener un analizador lógico con la pequeña pantalla del osciloscopio en comparación con un analizador lógico conectado a un ordenador. En mi opinión, la verdadera ventaja con el analizador lógico integrado es la capacidad de activar datos del analizador lógico en lugar de solo los activadores de canal estándar.
Como ya he comentado antes, en este caso no nos centraremos en los modelos de gama alta. Solo si tienes un equipo de ingenieros, te aconsejaría que configuraras un escritorio con un equipo de alta gama, tal como he comentado en la sección del multímetro. El osciloscopio profesional básico anterior es más que suficiente para cualquier ingeniero, y el de gama mucho más alta lo sería para un equipo compartido de "depuración avanzada".
Analizador lógico
Un analizador lógico te permite analizar y decodificar fácilmente señales digitales. Si trabajas con un protocolo digital, te resultará de gran valor ver las comunicaciones entre dispositivos. La mayoría de los protocolos de comunicación digital que normalmente utilizarías entre un microcontrolador o FPGA y los sensores se pueden decodificar y visualizar fácilmente. Esto puede ser muy útil para depurar código que habla con sensores o periféricos externos cuando no puedes averiguar qué está pasando. Además, los analizadores lógicos también son muy útiles para la ingeniería inversa si necesitas examinar las comunicaciones entre dos dispositivos.
Como he dicho antes, puedes incluir analizadores lógicos en los osciloscopios, y son fantásticos para ofrecerte más opciones de activación. Sin embargo, las opciones de activación de los osciloscopios también pueden resultar muy caras, y la pantalla relativamente pequeña de un osciloscopio no ofrece la mejor experiencia de usuario cuando se trabaja con comunicaciones de dispositivos.
Para los analizadores lógicos USB, hay dos opciones principales: las unidades Jiankun/Kingst, muy baratas, y las unidades Saleae, mucho más caras. He utilizado ambas y, aunque el Jiankun ofrece una increíble relación calidad-precio, la interfaz de usuario puede tener errores y dar problemas con las comunicaciones a mayor velocidad. El software para PC es un clon del antiguo software de Saleae. El LA2016 es perfecto para aficionados o profesionales con un presupuesto limitado. Por otro lado, el software superior de Saleae es mejor para los profesionales que no tienen tiempo que perder con fallos y errores. La conexión USB 3.0 de Saleae Logic Pro permite la transmisión continua de muestras, mientras que el LA2016 utiliza USB 2.0 y la longitud de la muestra dependerá del valor de muestreo de las entradas. Esto son los analizadores lógicos que recomiendo en laboratorios de electrónica:
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Económico
Jiankun/Kingst LA2016 16 canales 200 MS/s 50 millones de muestras/canal USB 2.0 |
Profesional
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Fuente de alimentación de laboratorio
Como alguien que diseña regularmente nuevas PCB, una fuente de alimentación de laboratorio de alta calidad es fundamental para mi escritorio de laboratorio. Un simple error en un esquemático o en el diseño de PCB puede hacer que una placa recién montada consuma mucha más corriente de la que debería. Sin mencionar que puede haber un cortocircuito en la placa de PCB que se te haya pasado por alto durante el montaje. Al alimentar la placa con una fuente de alimentación controlada por una fuente de alimentación, puedes establecer el límite de corriente un poco más alto de lo que esperas que sea la corriente de funcionamiento de la placa. De esta manera, si la fuente de alimentación se inicia inmediatamente en modo de corriente constante, en lugar de voltaje constante, sabrás que puede haber un problema con la placa y podrás realizar algunos diagnósticos adicionales sin que se disperse la "magia".
También puedes usar una buena fuente de alimentación de laboratorio para generar tensiones que podrías obtener fácilmente de baterías, lo que te permitirá encender LED, motores, solenoides y componentes similares con facilidad, así como vigilar su consumo de corriente en tiempo real. La mayoría de las fuentes de alimentación digitales modernas tienen buenas capacidades de medición de corriente, lo que deja tu multímetro libre para comprobar el voltaje en la placa en lugar de monitorizar el consumo de corriente.
Muchas fuentes de alimentación conmutadas muy baratas tienen grandes condensadores en sus salidas, lo que las convierte en una mala elección para productos electrónicos que nunca se han conectado a la corriente. Si enchufas el dispositivo que estás probando a la fuente de alimentación cuando ya está encendida, independientemente de cuál sea el límite de corriente establecido, recibirás instantáneamente toda la energía disponible del condensador, lo que puede carbonizar casi cualquier circuito o LED que pruebes. Si conectas el dispositivo con la fuente de alimentación apagada, enciéndelo cuando estés listo para la prueba. Recuerda tener en cuenta la corriente de arranque de ese gran condensador al calcular tu límite actual. Una vez cargado el condensador, el circuito recibirá de golpe el límite superior de corriente, lo que puede ser suficiente para dañar un componente importante mal colocado o incorrecto. Así pues, no incluiré ninguna fuente de alimentación en modo conmutado de bajo coste en esta lista de equipamiento de laboratorio de electrónica.
Un buen indicador de una fuente de alimentación de calidad es el peso; las fuentes de alimentación lineales son muy pesadas debido a los grandes disipadores de calor que contienen en su interior. Una fuente de alimentación barata y de mala calidad tendrá un peso muy inferior al de una fuente de alta calidad con clasificación similar.
Que Rigol ocupe el primer puesto por encima de las opciones de Keysight, Tektronix, Keithly y B&K Precision, los campeones tradicionales de los equipos de pruebas de sobremesa, puede parecer un poco extraño. Sin embargo, esto se basa en mi experiencia usando un DP832A durante varios años. El DP832A incluye muchas funciones en la fuente de alimentación con excelentes herramientas de análisis, además de ser una fuente de alimentación de alta calidad. Con un presupuesto de varios millones de dólares, me resultaba difícil encontrar una opción mejor que el Rigol para el uso operativo diario.
Equipo especializado para un laboratorio de electrónica
Además de los equipos de pruebas mencionados anteriormente, existe una amplia gama de equipos especializados, así como versiones con un alto grado de especialización de los equipos anteriores. Debido a la naturaleza más específica de este equipo, no analizaremos modelos específicos, sino que te daremos una idea de para qué puedes utilizar cada equipo.
Generadores de funciones/señales
La mayoría de los osciloscopios de gama media y alta tienen incorporados generadores de funciones básicas que pueden gestionar la mayoría de los casos de uso de un generador de funciones, pero a veces necesitas una señal más compleja o especializada de lo que estos pueden generar. Por menos de 200 USD, puedes comprar un generador de funciones arbitrarias de un solo canal con muchas más funcionalidades que las que ofrecen los integrados en un osciloscopio. Si necesitas generar señales RF u otras señales de frecuencia muy alta o protocolos, existen opciones por unas cuantas decenas de miles de dólares.
En el extremo básico de las aplicaciones, un generador de funciones puede ser muy útil para caracterizar dispositivos lógicos y probar componentes analógicos. Si tienes algún problema con un reloj en un dispositivo, puedes sustituirlo fácilmente por una señal del generador de funciones. Mediante generadores de funciones más avanzados, puedes simular formas de onda o protocolos complejos, lo que te permite crear señales RF y emular protocolos RF, como Bluetooth, WiFi o protocolos celulares, o protocolos de comunicación más básicos, como CAN, SPI o I2C.
Cargas programables
Si vas a trabajar con fuentes de alimentación, baterías o células solares, una carga programable podría ser justo lo que necesitas para facilitar las pruebas. Una carga programable te permite probar una fuente de alimentación con una precisión extrema. Normalmente, verás que son capaces de actuar en modos de corriente constante, resistencia constante o disipación de potencia constante. Puedes programar un perfil de prueba para simular un dispositivo o simplemente absorber energía constantemente. Las unidades más básicas costarán menos de 200 USD y puedes gastar fácilmente decenas de miles de dólares en unidades avanzadas con velocidades de descarga rápidas y perfiles de carga extraídos en el rango de cientos de kilovatios.
Imágenes térmicas
Incluso cuando trabajes con pequeñas cantidades de corriente, puedes sobrecalentar rápidamente los CI, lo que hará que se apaguen o sufran daños. Cuando trabajes en proyectos con gran consumo de corriente, una cámara termográfica puede diagnosticar rápidamente estos problemas sin necesidad de pegar sondas de temperatura por toda la placa de circuito. Así que recomiendo esta herramienta para tu laboratorio de electrónica. La cámara térmica ve el infrarrojo de onda larga (calor irradiado) en lugar del espectro de luz visible, que es lo que hace una cámara normal. Contar con una cámara térmica puede resultar muy útil para visualizar las rutas de disipación térmica de una placa de circuito, así como las temperaturas máximas y medias. Por unos pocos cientos de dólares, puedes comprar una cámara de baja resolución acoplable a tu smartphone, y por unos pocos miles de dólares, un modelo portátil de mayor precisión y resolución.
Si quieres comprar una cámara térmica, plantéate comprar también una lata de pintura negra en spray. El metal desnudo refleja la luz infrarroja, lo que hace imposible ver la temperatura de la soldadura, los escudos de RF y el cobre expuesto. Si pintas con spray toda la placa de negro, la cámara podrá ver fácilmente las emisiones térmicas.
Pruebas de RF
Si vas a trabajar directamente en dispositivos de radiofrecuencia que crean o reciben señales de radio, es probable que quieras adquirir algunos equipos de pruebas de RF especializados.
El equipo de pruebas más básico para pruebas de radiofrecuencia RF es el analizador de espectro, que te permite analizar el espectro de RF y los niveles de potencia. Puede utilizarse para depurar un circuito de RF, vigilar cómo se comunican los dispositivos entre sí y realizar pruebas básicas de cumplimiento. Los analizadores de espectro son equipos de pruebas relativamente costosos, y se vuelven exponencialmente más costosos a medida que aumenta la frecuencia. Existen opciones de menor coste, como Software Defined Radio (SDR), que utilizan la pantalla y potencia de procesamiento del ordenador para analizar la señal.
Si vas a diseñar circuitos de RF o antenas, un analizador de red te permitirá ajustar y optimizar rápidamente la ruta y los componentes de RF. Los analizadores de red están disponibles como Scalar Network Analyzer (SNA, analizador de redes escalar) o como Vector Network Analyzer (VNA, analizador de redes vectorial). El analizador de redes escalar es mucho más rentable si solo necesitas ver la amplitud en frecuencia, ya que te permite medir la VSWR y la reflectancia. Aunque la mayoría de los grandes proveedores de equipos de pruebas ya no fabrican SNA, si los valores de VSWR y reflectancia son suficientes para tus pruebas, algunos analizadores de espectro de sobremesa y muchos analizadores de espectro SDR integran una función de generación de seguimiento que permite al analizador de espectro actuar como SNA.
Por otro lado, un analizador de redes vectorial te permite visualizar tanto la amplitud como la fase. Esto te permite generar gráficos Smith, que se pueden utilizar para ajustar rápidamente un circuito o una antena, o caracterizar un dispositivo.
En el lado más básico del equipo de pruebas de RF, puedes utilizar un contador de frecuencia para encontrar la frecuencia principal de una transmisión de radio. Esto puede ser útil para confirmar la frecuencia de salida de una transmisión de RF básica sin bandas laterales ni saltos de frecuencia. Además, un medidor de potencia de RF puede mostrar la potencia de RF procedente del circuito, lo que proporciona una indicación muy precisa de la cantidad de energía que genera. Un analizador de espectro hace estas mediciones mucho más fáciles y visuales, pero es mucho más caro.
Adquisición y registro de datos
Las unidades de adquisición de datos pueden ser muy útiles en el laboratorio, ya que tienen diversos propósitos. Puedes pensar en ellas como multímetros digitales multicanal con funcionalidad de registro. Esto puede resultar muy útil para el análisis de fallos, las pruebas de aprobación/fallo de producción y las pruebas rápidas de arneses de cables.
Al controlar muchos canales de la placa a la vez durante largos periodos de tiempo, cualquier fallo puede analizarse más fácilmente para determinar qué ha salido mal.
Con los muchos canales disponibles, puedes construir un accesorio de pruebas personalizado para que un dispositivo de producción lea la tensión, la corriente, la luz o cualquier otra señal digital o analógica de forma rápida y precisa desde los puntos de prueba. Esto puede ser mucho más rápido que desarrollar software en un microcontrolador para hacer todas estas lecturas.
Por último, si dispones de un complejo arnés de cables, puedes utilizar una unidad de adquisición, por su gran cantidad de canales, para crear rápidamente un probador de arnés personalizado, no solo para comprobar la continuidad entre conectores, sino también para ver la caída de tensión o la capacitancia sobre el cable para tener la seguridad de que está correctamente ondulado y terminado.
Almacenamiento
Por último, creo que el almacenamiento es una de las mayores batallas en el laboratorio de electrónica. El poder almacenar componentes sobrantes de prototipos, PCB de repuesto e incluso simplemente almacenar herramientas es fundamental para cualquier espacio de trabajo. Nunca se tiene suficiente espacio de almacenamiento y suele ser un proceso continuo de optimización para disponer de algo de espacio en el escritorio y en las estanterías y, a la vez, tener todo lo que necesitas a mano.
Aquí encontrarás algunas ideas rápidas de almacenamiento para un laboratorio de electrónica.
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Cajones de componentes Los cajones de componentes y una impresora de etiquetas barata te permiten almacenar fácilmente los componentes sobrantes en cajones etiquetados. Esto hace que sea fácil acceder a, digamos por ejemplo, resistencias 0402 de 10 kΩ y 1 % cuando las necesites. Puedes encontrar estos cajones en opciones caras con ESD u otros más sencillos. Compara bien, ya que los proveedores de productos electrónicos pueden ser más caros que las tiendas de artesanía o las ferreterías. |
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Cajas de almacenamiento Si trabajas en varios proyectos a la vez, las cajas de almacenamiento te permitirán guardar fácilmente todas las piezas, placas, arneses de pruebas y muchas más cosas. A medida que vayas creando más y más kits de desarrollo y programadores, te darás cuenta de que necesitas varias cajas para separarlos por fabricante. Se pueden apilar fácilmente en un armario o en un trastero e ir disponiendo de estos cuando sea necesario. |
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Caja de herramientas con ruedas Utilizadas habitualmente por los mecánicos, las cajas de herramientas son muy prácticas para guardar todas tus herramientas y te ofrecen una superficie en la parte superior sobre la que poder trabajar. Resultan muy útiles en un laboratorio de electrónica y son ideales para tener a mano herramientas que no siempre necesitas, como herramientas giratorias, taladros inalámbricos o herramientas manuales. También pueden ser un excelente lugar para guardar tornillos y bridas para cables, de modo que puedas tenerlo todo al alcance de la mano. Muchas tiendas las tienen a precios muy altos, pero en eBay encontrarás cajas de herramientas de calidad muy baratas. |
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Cajones con pedestal para debajo del escritorio Puede parecer obvio, pero los cajones bajo el escritorio son un lugar estupendo para guardar todos tus artículos de papelería y pequeñas herramientas manuales, como cúteres, cuchillos y cosas así. |
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Escritorios/bancos de laboratorio con ESD No es sorprendente que haya instalaciones de escritorio especializadas para laboratorios de electrónica. Estas tienen todas las conexiones de alimentación que podrías necesitar integradas en el nivel del escritorio, además de estantes para equipos de pruebas e iluminación integrada. Si tienes espacio para un escritorio independiente solo para montajes/trabajos/pruebas, con esto conseguirías que tu entorno de trabajo sea más agradable. |
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