Come allestire un laboratorio di elettronica da zero

Avendo cambiato paese più volte e avendo lavorato in diverse aziende (o divisioni di aziende) senza un solido team di ingegneria elettronica, ho dovuto allestire diversi laboratori di elettronica per me e per i miei clienti. Le startup che prevedono di effettuare test interni dovranno allestire un laboratorio elettronico e procurarsi le attrezzature giuste. In alcuni casi il budget a disposizione è molto ridotto, mentre altre volte ho avuto diversi milioni di dollari a disposizione. In questo articolo cercherò di coprire un'ampia gamma di budget, quindi che tu sia un hobbista, una grande azienda/organizzazione che intende espandersi nell'elettronica d'avanguardia o un'entità intermedia, troverai tutto l'occorrente per creare un nuovo laboratorio di elettronica per la progettazione PCB da zero.

L'attrezzatura qui indicata è stata selezionata in base ai seguenti presupposti:

• Lavori principalmente sull'elettronica digitale, non sui moduli radio o sull'audio high-end.
• Costruisci e rielabori a mano i prototipi internamente.
• Lavori con microcontrollori, FPGA o altri processori digitali in cui il debugging di codice e hardware devono essere eseguiti insieme.

Laboratorio di elettronica: allestimento a seconda del budget

Se stai iniziando a dedicarti all'elettronica per hobby, il contenuto di questa lista potrebbe essere un po' eccessivo: si tratta di molti strumenti e hardware. Tuttavia, se progetti e costruisci prodotti anche solo per uso personale, probabilmente finirai per avere comunque tutte le attrezzature elencate, che tu sia un hobbista o uno studente di ingegneria elettronica.

L'opzione economica potrà rivelarsi utile per gli studenti e gli hobbisti, ma probabilmente non avrà le prestazioni o la facilità d'uso adeguate per un professionista. Un professionista troverà più efficienti gli strumenti di fascia media o alta, che sono più costosi ma consentono di risparmiare sulla manodopera. Un hobbista molto appassionato con un po' più di denaro da investire in una buona strumentazione potrebbe scegliere l'opzione intermedia piuttosto che quella economica. Tutte le opzioni si basano su ciò che mi aspetterei di vedere nelle mani del pubblico di riferimento; per i suggerimenti ho preso in considerazione le prestazioni totali e le funzionalità ottenute in base a quanto investito, inclusi eventuali stipendi, in modo da evitare di limitarsi a scegliere tra spendere molto denaro (per le opzioni di fascia alta) e spendere il meno possibile (per le opzioni di fascia bassa).

Sono molto riluttante a consigliare marchi specifici, ma se lo faccio di tanto in tanto, è perché ho provato molti marchi concorrenti e non userei nient'altro. Quando si tratta di testare le apparecchiature, ad esempio, consiglio il marchio che offre le migliori caratteristiche tecniche rispetto al costo in quel segmento di mercato. In genere non acquisto o consiglio qualcosa solo perché viene prodotto da un marchio specifico, ma lo faccio con l'obiettivo di indicare lo strumento più adatto per svolgere un determinato lavoro.

Componenti e strumenti di base per laboratorio di elettronica

Questi sono i componenti e gli strumenti che, a mio avviso, tutti dovrebbero avere sulla propria postazione di lavoro. Che tu stia lavorando su componenti aerospaziali o assemblando il tuo primo PCB, tutto ciò che troverai qui sarà adatto alle tue esigenze.

Strumenti manuali

Stazione di saldatura per laboratorio di elettronica

C'è una grande differenza nella qualità della saldatura effettuata con un saldatore o una stazione di saldatura economici e un Weller. Consiglio vivamente di optare direttamente per un saldatore Weller di qualità. Pur avendo utilizzato il popolare Hakko, posso affermare che la velocità di trasferimento del calore e il controllo termico del Weller sono superiori e che l'impugnatura dello stilo rimane fresca al tatto anche dopo ore di saldatura. Lavorare su un PCB con componenti 0402 o più piccoli collegati a un grande piano di massa permette di determinare molto rapidamente la qualità di una stazione di saldatura. La maggior parte delle stazioni impiega un po' per scaldare i piccoli pad, mentre il Weller toglie il componente in meno di un secondo. Il Weller è costoso, ma nessuno della mezza dozzina di concorrenti che ho provato si è nemmeno avvicinato alle sue prestazioni.

Se non vuoi acquistare il Weller, procurati almeno una stazione da 60 W con punte intercambiabili per cui puoi acquistare facilmente dei ricambi. Parlando di punte intercambiabili, più corta è la punta utilizzata, meglio è. Una punta corta sarà il più vicino possibile al sensore di temperatura e alla fonte di calore, quindi non si raffredderà così rapidamente e la temperatura a cui è impostata la stazione si avvicinerà di più alla temperatura effettiva sulla punta quando si lavora su cavi più spessi o PCB con grandi piani di massa.

Personalmente non ritengo che valga la pena acquistare il WE1010 tanto quanto il WT1012. Il WX1010 è un'ottima opzione per i professionisti che lavorano su PCB con piani di massa di grandi dimensioni o componenti con grande massa termica. Sia il WT che il WX hanno una vasta gamma di stilo saldanti che puoi acquistare separatamente a seconda delle tue esigenze future. Tuttavia, le opzioni di cui sopra si adattano alla maggior parte degli usi.

Il WT1012 supporta le punte della serie LT, mentre il WX1010 supporta le punte della serie XNT. In generale, sconsiglio le punte tonde/coniche perché è più difficile ottenere un buon trasferimento di calore a causa della limitata area di contatto. Le punte a scalpello sono disponibili in un'ampia gamma di dimensioni, tra cui le opzioni da 1,6 mm, 2,4 mm e 3,2 mm sono le più utilizzate. Riesco a saldare con successo i componenti 0402 con una punta a scalpello standard da 2,4 mm.

Accessori per la saldatura in un laboratorio elettronico

Avrai anche bisogno di alcuni accessori per la saldatura:

Forse hai notato che, per quanto riguarda la saldatura, sono molto specifico nell'indicare alcuni modelli. Questo è il risultato di oltre dieci anni di tentativi ed errori ed è qualcosa che ti ritroverai a fare quando avrai trovato la soluzione perfetta per non abbandonarla mai più. Fortunatamente ho avuto l'opportunità di provare molti prodotti e capire cosa funziona e cosa no. I suggerimenti di cui sopra sono i prodotti che hanno funzionato per me nel corso degli anni e di cui non posso più fare a meno.

La migliore stazione ad aria calda per il tuo laboratorio di elettronica

Dal momento che ho consigliato una delle stazioni di saldatura professionali più costose, potresti essere un po' preoccupato riguardo al mio suggerimento per una stazione di rilavorazione ad aria calda. Non c'è motivo: in realtà quella che preferisco è una delle più economiche sul mercato! A differenza di uno stilo per saldare che deve trasferire il calore in modo preciso e potente sui componenti, una stazione ad aria calda deve solo riscaldare l'aria e soffiarla sulla scheda, sul filo o sul materiale termorestringente. Le stazioni di rilavorazione ad aria calda della serie 858D sono convenienti e consentono un controllo preciso sulla temperatura e sulle velocità del flusso d'aria. Se hai bisogno di riscaldare una sezione della scheda, o addirittura di ridisporre completamente la saldatura, l'858D svolgerà egregiamente questo lavoro. È anche un'opzione molto migliore per il materiale termorestringente rispetto a un accendino o una pistola termica, che non consentono il controllo della temperatura.

 

Allestimento laboratorio di elettronica: materiali per la prototipazione

Che tu stia appena iniziando nel campo dell'elettronica, che stia progettando prodotti complessi o realizzando un progetto completo o parziale, utilizzare una breadboard è certamente una buona idea. Se stai scrivendo un firmware, puoi assicurarti che tutte le funzionalità siano operative prima di impegnarti in una progettazione PCB. 

In genere non sono un fan dei kit di componenti elettronici, perché non li trovo molto applicabili ai miei progetti. Tuttavia, trovo utile avere una serie di resistori a foro passante, LED e condensatori. Non ho utilizzato un resistore a foro passante sui PCB che ho realizzato negli ultimi dieci anni, ma sono molto utili per le breadboard e consentono di correggere gli errori su un PCB prototipo. I LED potrebbero sembrare una scelta strana, ma puoi usarli su una breadboard o saldarli praticamente su qualsiasi linea logica per avere una rapida indicazione visiva dello stato in cui si trova, se la linea è in grado di gestire l'assorbimento di corrente.

Ci sono molti altri materiali di cui avrai bisogno per la prototipazione, ma in genere sono specifici per ciascun progetto. Finirai per collezionare una gamma di kit di sviluppo, debugger hardware, schede breakout, display e simili, che ti permetteranno di creare progetti completi su una breadboard prima di impegnarti in uno schematico nel software EDA/ECAD.

Altri strumenti per laboratorio di elettronica: apparecchiature di test

Ora arriviamo alla parte divertente dell'allestimento di un laboratorio di elettronica: i gadget! Tutti gli ingegneri amano le apparecchiature di test, ma tra questi gli ingegneri elettronici sono particolarmente fortunati rispetto ad altri campi dell'ingegneria, in quanto possono visualizzare facilmente ogni aspetto del lavoro se dispongono di un numero sufficiente di apparecchiature. Per la maggior parte dei laboratori, sono necessarie tre apparecchiature chiave: un multimetro digitale, un oscilloscopio e un analizzatore logico. 

Aggiungo anche un alimentatore da laboratorio; non si tratta di uno strumento di test in senso stretto, ma poter impostare la tensione desiderata e, soprattutto, limitare la corrente su una scheda appena assemblata può far emergere rapidamente eventuali guasti senza dover distruggere la scheda.

Multimetro digitale

Il multimetro è l'apparecchiatura di test più semplice. Un buon multimetro ti consentirà di leggere la tensione CA e CC, la corrente CA e CC, la continuità, la resistenza, la capacità, la frequenza e di provare i diodi. È disponibile in due forme: portatile e da banco. Le unità portatili sono molto più facili da trasportare, mentre quelle da banco hanno in genere una precisione maggiore e funzionalità aggiuntive. Uno dei principali vantaggi della maggior parte dei multimetri digitali da banco è che consentono di effettuare una misurazione della resistenza a 4 fili invece del tipico metodo a 2 fili, offrendo una maggiore precisione con bassi valori di resistenza. Esistono apparecchi da banco di fascia molto bassa che hanno esattamente le stesse funzionalità e la stessa precisione di un apparecchio portatile, ma se dovessi scegliere uno dei due, sceglierei sempre il portatile.

La caratteristica principale che dovrai considerare in un multimetro, oltre alle sue funzionalità, è la risoluzione in cifre o punti. Maggiore è la risoluzione, migliore è il multimetro. Dovrai anche assicurarti che il contatore abbia un livello di sicurezza appropriato, CAT III o CAT IV. Puoi leggere di più sulle categorie su National Instruments.

Che tu sia un neofita dell'elettronica o un esperto, ti suggerirò sempre un misuratore a vero valore RMS con autoregolazione. I misuratori più economici richiedono la selezione manuale dell'intervallo di misurazione, una perdita di tempo che quello automatico può farti evitare. Avere un misuratore a vero valore RMS consente di leggere la tensione effettiva al quadrato medio di una forma d'onda CA, piuttosto che una semplice tensione media.

Dovresti acquistare il tuo multimetro solo da un distributore di elettronica affidabile o da un fornitore di apparecchiature di test, come: DigiKey, Mouser, Element14/Farnell/Newark, RS Components e simili. Acquistando da una fonte attendibile, ti assicurerai che il misuratore sia autentico e sia stato sottoposto a test di sicurezza appropriati. Un misuratore economico può essere ottimo, ma se misuri la tensione CA con l'impostazione sbagliata (ad esempio, in modalità test di continuità), un apparecchio di un marchio più economico potrebbe esploderti letteralmente in mano. 

Ho usato un misuratore portatile Fluke 87 per più di un decennio, ed è stato fantastico. Ha perso la capacità di misurare i mA di corrente e alcuni dei supporti interni in plastica si sono rotti, quindi probabilmente quest'anno cercherò di cambiarlo e quando lo farò aggiornerò anche i miei consigli qui. Nonostante la fantastica reputazione e qualità di Fluke, prenderò in considerazione uno dei modelli Keysight qui sotto, perché credo che Keysight sia attualmente migliore di Fluke.

Se stai allestendo un laboratorio elettronico per più ingegneri con un budget ridotto, valuta la possibilità di dare a ogni ingegnere un misuratore portatile di fascia media e di avere una postazione di lavoro riservata con attrezzature da banco di fascia alta, che possono essere utilizzate dal team quando sono richieste misurazioni più precise.

Multimetri digitali portatili

Multimetri digitali da banco

Oscilloscopio a memorizzazione digitale

Un oscilloscopio è uno degli strumenti più utili per lo sviluppo e il debug dei componenti elettronici. Consente di misurare il segnale su una linea (o più linee con più canali) su scale temporali molto piccole e ad altissima risoluzione. È disponibile una vasta gamma di oscilloscopi, che vanno da diverse centinaia di dollari a ben più del prezzo di un'auto sportiva di lusso o anche di una casa. Gli oscilloscopi di seguito si collocano nella fascia bassa di questa scala. Se stai allestendo un laboratorio di elettronica per la prima volta, ci sono pochissime possibilità che tu abbia bisogno di un oscilloscopio che costa diverse centinaia di migliaia di dollari.

Ci sono tre caratteristiche tecniche importantissime da considerare nella scelta di un oscilloscopio e poiché questa guida non è mirata all'acquisto di un oscilloscopio, le esamineremo abbastanza rapidamente. 

In primo luogo, la larghezza di banda. La larghezza di banda richiesta deve essere di almeno tre o cinque volte la frequenza fondamentale del segnale che si desidera misurare. Se stai lavorando su un alimentatore con una frequenza di commutazione di 2,5 MHz, ti basterà una larghezza di banda di 12,5 MHz. Tuttavia, se desideri controllare i dati SPI con clock a 40 MHz, dovresti cercare un oscilloscopio con larghezza di banda di 200 MHz. Se inizi a guardare i segnali LVDS su un display, il segnale può essere sincronizzato a oltre 100 MHz, e ciò significa che hai bisogno di un oscilloscopio con una larghezza di banda di 500 MHz. La larghezza di banda è anche uno dei fattori principali del costo di un oscilloscopio, e fa aumentare il prezzo in modo quasi esponenziale. L'hobbista medio sarà probabilmente molto soddisfatto di un oscilloscopio da 50-100 MHz. Se lavori a livello professionale, un oscilloscopio da 200-500 MHz potrebbe essere più adatto a seconda dei tuoi progetti.

La seconda caratteristica è la frequenza di campionamento. Per il funzionamento dell'oscilloscopio, è necessaria una frequenza di campionamento di almeno il doppio rispetto alla larghezza di banda, quindi una frequenza cinque volte maggiore della larghezza di banda è l'ideale. Scoprirai che la maggior parte degli oscilloscopi digitali moderni hanno una larghezza di banda dieci volte superiore alla loro frequenza di campionamento.

La terza caratteristica è la profondità della memoria. Una maggiore profondità di memoria è quasi sempre migliore, in quanto consente di avere una lunghezza di registrazione maggiore. La lunghezza di registrazione disponibile per un'acquisizione è data dalla profondità della memoria divisa per la frequenza di campionamento (ovvero, ogni campione occupa un punto di memoria). Se hai più memoria, puoi catturare un segnale per un periodo di tempo più lungo o a una risoluzione maggiore, con maggiori possibilità di individuare un problema tecnico che genera problemi hardware.

Le diverse configurazioni di oscilloscopi

Gli oscilloscopi sono disponibili in diverse configurazioni: la maggior parte degli oscilloscopi di base ha due canali. Trovo che due canali siano molto limitanti, perché in genere ho bisogno di un terzo canale per misurare o guardare un altro segnale collegato ai primi due. Ad esempio, su un H-Bridge, potresti osservare due pin di gate dei MOSFET e anche osservare gli ingressi del circuito integrato del tuo gate driver, o su un alimentatore a commutazione, monitorando la tensione all'ingresso, all'uscita e dopo un filtro. Come per altre apparecchiature, è più conveniente acquistare una versione che offre più di quanto serva al momento piuttosto che doverne acquistare un'altra per esigenze particolari a distanza di pochi mesi.

Un'altra opzione di configurazione degli oscilloscopi moderni è l'oscilloscopio a segnale misto, che integra un analizzatore logico nell'oscilloscopio. A prima vista, potrebbe non sembrare particolarmente utile utilizzare un analizzatore logico con il piccolo schermo dell'oscilloscopio rispetto a un analizzatore logico collegato al computer. A mio parere, il vero vantaggio dell'analizzatore logico integrato è la capacità di eseguire il trigger sui dati dall'analizzatore logico stesso piuttosto che sui trigger dei canali standard.

Come accennato in precedenza, non esamineremo gli oscilloscopi di fascia alta in questa occasione. Se hai un team di ingegneri, suggerirei di allestire una postazione di lavoro con attrezzature di fascia alta come ho indicato nella sezione dedicata al multimetro. L'oscilloscopio professionale di livello base di cui sopra è un'ottima opzione per la postazione di ogni ingegnere, mentre un oscilloscopio di fascia molto più alta potrebbe essere utilizzato sulla postazione condivisa per il "debug avanzato". 

Analizzatore logico

Un analizzatore logico consente di analizzare e decodificare facilmente i segnali digitali. Se lavori con qualsiasi protocollo digitale, può essere molto utile osservare le comunicazioni tra i dispositivi. La maggior parte dei protocolli di comunicazione digitale che si utilizzano normalmente tra un microcontrollore o un FPGA e i sensori possono essere facilmente decodificati e visualizzati. Questo può essere molto utile per il debug del codice che comunica con sensori o periferiche esterne quando non si riesce a capire cosa sta succedendo. Inoltre, gli analizzatori logici sono essenziali anche per il reverse engineering se si ha bisogno di esaminare le comunicazioni tra due dispositivi.

Come ho accennato in precedenza, puoi trovare analizzatori logici integrati negli oscilloscopi, che sono l'ideale per avere più opzioni di trigger. Tuttavia, anche le opzioni di trigger per gli oscilloscopi possono essere molto costose e lo schermo relativamente piccolo di un oscilloscopio non offre la migliore esperienza utente quando si lavora con le comunicazioni tra i dispositivi.

Per gli analizzatori logici USB ci sono due opzioni principali, le soluzioni Jiankun/Kingst, molto più economiche, e le unità Saleae, molto più costose. Li ho usati entrambi e sebbene il Jiankun offra un incredibile rapporto qualità-prezzo, l'interfaccia utente può essere difettosa e ha difficoltà con le comunicazioni ad alta velocità. Il software per PC è un clone del vecchio software Saleae. L'unità LA2016 è perfetta per appassionati o professionisti con un budget limitato. D'altra parte, il software di qualità superiore di Saleae è più adatto ai professionisti che non hanno tempo da perdere con difetti e bug. La connessione USB 3.0 di Saleae Logic Pro consente la visualizzazione continua dei campioni, mentre l'unità LA2016 utilizza l'USB 2.0 e la lunghezza dei campioni dipenderà dalla velocità con cui si campionano gli ingressi.

Alimentatore per laboratorio di elettronica

Dato che progetto regolarmente nuovi PCB, un alimentatore da laboratorio di qualità è fondamentale per la mia postazione. Un semplice errore in uno schematico o layout PCB può far sì che una scheda appena assemblata assorba molta più corrente di quanto dovrebbe. Per non parlare del fatto che potrebbe esserci un cortocircuito sulla scheda che è sfuggito durante l'assemblaggio.

Alimentando la scheda con un alimentatore a corrente controllata, è possibile impostare il limite di corrente in modo che sia solo leggermente superiore a quello previsto per la corrente di funzionamento della scheda. In questo modo, se l'alimentatore si avvia immediatamente in modalità a corrente continua, anziché a tensione continua, saprai che c'è potenzialmente un problema con la scheda e potrai fare qualche diagnosi in più senza causare danni.

Puoi anche utilizzare un buon alimentatore da laboratorio per generare tensioni che potresti ottenere facilmente dalle batterie, il che ti permetterà di alimentare senza problemi LED, motori, solenoidi e simili, nonché di osservarne l'assorbimento di corrente in tempo reale. La maggior parte degli alimentatori digitali moderni ha buone capacità di misurazione della corrente, lasciando il multimetro libero di controllare la tensione sulla scheda piuttosto che monitorare l'assorbimento di corrente.

Molti alimentatori a commutazione economici sono dotati di grandi condensatori sulle uscite, e non sono quindi adatti per alimentare dispositivi elettronici per la prima volta. Se colleghi il dispositivo in fase di test all'alimentazione quando è già acceso, indipendentemente dal limite di corrente impostato, avrai a tua disposizione istantaneamente tutta l'energia disponibile in quel condensatore, vaporizzando quasi tutti i circuiti o LED che testi.

Se colleghi il dispositivo all'alimentatore spento e poi lo accendi quando sei pronto per il test, dovrai tenere conto della corrente di spunto del condensatore grande quando calcoli il limite di corrente. Una volta caricato il condensatore, il circuito riceverà tutti i benefici di un limite di corrente più elevato, e questo potrebbe essere sufficiente a danneggiare un componente mal posizionato o di valore errato. Pertanto, non includerò di seguito degli alimentatori a commutazione a basso costo.

Un buon indicatore di un alimentatore di qualità è il peso; gli alimentatori lineari sono molto pesanti a causa dei grandi dissipatori di calore interni. Un alimentatore economico e di scarsa qualità avrà un peso che è una frazione di un alimentatore di alta qualità classificato in modo simile.

La presenza di Rigol al primo posto rispetto alle opzioni di: eysight, Tektronix, Keithly e B&K Precision, considerati i migliori per le apparecchiature di test da banco, potrebbe sembrare un po' strana. Tuttavia, questa scelta si basa sulla mia esperienza di utilizzo di un DP832A per diversi anni. Il DP832A è un alimentatore di alta qualità dotati di molte funzionalità e alcuni ottimi strumenti di analisi. Con un budget di diversi milioni di dollari, mi è stato difficile trovare un'opzione migliore del Rigol per l'uso quotidiano.

Attrezzature specializzate di un laboratorio di elettronica

Oltre alle apparecchiature di test precedentemente menzionate, ci sono molte apparecchiature di test specializzate, e versioni altamente specializzate delle apparecchiature di cui sopra. A causa della natura più specifica delle applicazioni di queste apparecchiature, non esaminerò modelli specifici, ma ti darò un'idea dell'uso che potresti farne.

Generatori di funzioni/segnali

La maggior parte degli oscilloscopi di fascia media e alta presenta generatori di funzioni di base integrati, che possono gestire la maggior parte dei casi d'uso di un generatore di funzioni, ma a volte è necessario un segnale più complesso o specializzato di quello che questi possono generare. Per meno di 200 $, è possibile acquistare un generatore di funzioni arbitrarie a canale singolo con molte più funzionalità di quelle offerte da quelli integrati in un oscilloscopio. Se hai bisogno di generare segnali RF o altri segnali o protocolli ad altissima frequenza, ci sono opzioni che vanno ben oltre le decine di migliaia di dollari.

Per quanto riguarda le applicazioni di base, un generatore di funzioni può essere molto utile per caratterizzare i dispositivi logici e testare i componenti analogici. Se hai un problema con un segnale di clock su un dispositivo, puoi facilmente sostituirlo con un segnale proveniente dal generatore di funzioni. Utilizzando generatori di funzioni più avanzati, è possibile simulare forme d'onda o protocolli complessi, creando segnali RF ed emulando protocolli RF come Bluetooth, WiFi o cellulari, o protocolli di comunicazione più basilari come CAN, SPI o I2C.

Carichi programmabili

Se stai lavorando con alimentatori, batterie o celle solari, un carico programmabile potrebbe essere proprio ciò di cui hai bisogno per semplificare i test. Un carico programmabile ti consente di testare un alimentatore con estrema precisione. In genere, sono in grado di agire in modalità corrente costante, resistenza costante o dissipazione di potenza costante. Puoi programmare un profilo di prova per simulare un dispositivo o semplicemente assorbire costantemente energia. Le unità più basilari non superano i 200 $, mentre si possono spendere decine di migliaia di dollari per unità avanzate con velocità di rotazione elevate e profili di carico pulsato nell'ordine delle centinaia di kilowatt.

Imaging termico

Anche quando si lavora con quantità modeste di corrente, i circuiti integrati possono surriscaldarsi rapidamente e arrestarsi o danneggiarsi. Quando si lavora su progetti con elevato assorbimento di corrente, una termocamera può diagnosticare rapidamente questi problemi senza dover incollare sonde di temperatura su tutto il circuito stampato. La termocamera vede gli infrarossi a onde lunghe (calore irradiato) anziché lo spettro della luce visibile come una normale telecamera. La termocamera è uno strumento prezioso per visualizzare i percorsi di dissipazione termica di un circuito stampato e le temperature massime e medie. Con poche centinaia di dollari potrai acquistare una telecamera a bassa risoluzione che può essere collegata allo smartphone e con poche migliaia di dollari potrai acquistare un modello portatile con precisione e risoluzione più elevate.

Se stai valutando di acquistare una termocamera, considera anche l'acquisto di una bomboletta di vernice spray nera. Il metallo nudo riflette la luce infrarossa, rendendo impossibile vedere la temperatura delle saldature, delle schermature RF e del rame esposto. Verniciando l'intera scheda di nero, la telecamera è in grado di vedere facilmente le emissioni di calore.

Test RF

Se lavori direttamente su dispositivi a radiofrequenza che creano o ricevono segnali radio, probabilmente vorrai acquistare un'attrezzatura di test RF specializzata. 

L'apparecchiatura di test più semplice per i test RF è l'analizzatore di spettro, che consente di analizzare lo spettro RF e i livelli di potenza. Questo può essere usato per eseguire il debug di un circuito RF, per osservare la comunicazione tra i dispositivi e per i test di conformità di base. Gli analizzatori di spettro sono apparecchiature di test relativamente costose e diventano esponenzialmente più costose all'aumentare della frequenza. Esistono opzioni più economiche come la Software Defined Radio (SDR), che utilizzano lo schermo e la potenza di elaborazione del computer per analizzare il segnale.

Se stai configurando circuiti RF o progettando antenne, un analizzatore di rete può consentirti di sintonizzare e ottimizzare rapidamente il percorso e i componenti RF. Gli analizzatori di rete sono disponibili come analizzatori di rete scalare (Network Analyzer Scalar, SNA) o come analizzatori di rete vettoriale (Vector Network Analyzer, VNA). L'analizzatore di rete scalare è molto più conveniente se hai bisogno di vedere solo l'ampiezza in frequenza, permettendoti di misurare VSWR e riflettanza. Sebbene la maggior parte dei fornitori di apparecchiature di test di grandi dimensioni non produca più SNA, se i valori VSWR e di riflettanza sono sufficienti per i test, alcuni analizzatori di spettro da banco e molti analizzatori di spettro SDR integrano una funzione di generazione di tracking che consente all'analizzatore di spettro di agire come un SNA.

Un analizzatore di rete vettoriale, d'altro canto, consente di visualizzare sia l'ampiezza che la fase e ti permette di generare carte di Smith, utilizzabili per sintonizzare molto rapidamente un circuito o un'antenna o per caratterizzare un dispositivo.

Per quanto riguarda il lato più basilare delle apparecchiature di test RF, è possibile utilizzare un frequenzimetro per trovare la frequenza primaria di una trasmissione radio. Questo strumento può essere utile per confermare la frequenza di uscita di una trasmissione RF di base senza bande laterali o salti di frequenza. Inoltre, un misuratore di potenza RF può visualizzare la potenza RF proveniente dal circuito, fornendo un'indicazione molto accurata della quantità di potenza generata. Un analizzatore di spettro rende queste misurazioni molto più semplici e visibili, ma è molto più costoso.

Acquisizione e registrazione dei dati

Le unità di acquisizione dati possono essere molto utili in laboratorio perché hanno diversi scopi. Puoi considerarle come multimetri digitali multicanale con funzionalità di registrazione, una funzione molto utile per l'analisi dei guasti, i test di produzione pass/fail e il test rapido dei cablaggi. 

Monitorando più canali sulla scheda contemporaneamente per lunghi periodi di tempo, qualsiasi errore può essere analizzato più facilmente per determinare cosa è andato storto. 

Con i numerosi canali disponibili, è possibile creare un dispositivo di test personalizzato per un dispositivo di produzione in grado di leggere tensione, corrente, luce o qualsiasi altro segnale digitale o analogico in modo rapido e preciso dai punti di test. Questo può risultare molto più veloce rispetto allo sviluppo di un software su un microcontrollore per effettuare tutte queste letture.

Infine, se si dispone di un cablaggio complesso, è possibile utilizzare un'unità di acquisizione, grazie all'elevato numero di canali, per costruire rapidamente un tester di cablaggio personalizzato per verificare non solo la continuità tra i connettori, ma anche il calo di tensione o la capacità sul cavo per assicurarti che sia crimpato e terminato correttamente.

Soluzioni per immagazzinamento

Infine, trovo che la collocazione di strumenti e materiali sia uno degli aspetti più importanti in un laboratorio di elettronica. Essere in grado di conservare nel luogo giusto i componenti residui della prototipazione, i PCB in più o anche solo gli strumenti è fondamentale per qualsiasi ambiente di lavoro. Non si ha mai abbastanza spazio per riporre i propri oggetti e si ha continuamente bisogno di ottimizzare il tutto per avere spazio sulla postazione di lavoro e sugli scaffali, ma anche per avere tutto ciò che serve a portata di mano.

Ecco alcune idee veloci per aiutarti.

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