Как я могу диагностировать возможные проблемы с моими макетами?

Я профессор EE, и в моей цифровой лаборатории у моих студентов были проблемы с макетами на этой неделе (в некоторой степени в соответствии с этим вопросом ). Компоненты, казалось, работали, когда перемещались в другую область на плате, и я помогал устранять неполадки, поэтому я не думаю, что это случай ошибки студента.

Какие проблемы могут заболеть на макете и как их диагностировать? Это так просто, как отвинчивать каждую плату с платформы и проверять клеммные колодки? Нужно ли удалять полоски? Есть ли какой-нибудь инструмент, который я могу использовать для проверки каждого контакта?

Правильное использование макетов

Макеты в виде плагинов с рядами из пяти .1-дюймовых розеток, о которых вы, кажется, говорите, могут быть действительно полезными, но также могут быть использованы неправильно. Знание того, как использовать и ухаживать за такими макетами, - достаточно полезный навык ЭЭ, который стоит изучить в течение нескольких минут.

Главное, чтобы не злоупотреблять макетами, это не подключать слишком большие провода. Это может привести к заклиниванию контактов, крушению их вместо того, чтобы позволить им прыгать в стороны, как предполагалось. Слишком большие выводы также обычно требуют небольшого разрушения пластика над контактом путем увеличения отверстия. Это позволяет отводам нужного размера немного отклониться в сторону, что позволяет даже этим отводам сломать один из пружинных зажимов.

Будьте осторожны, чтобы протолкнуть провода прямо вниз. Опять же, это препятствует тому, чтобы они давили на одну из пружин способом, не предназначенным.

К сожалению, студенты будут студентами, и не имеют долгосрочного интереса к макетам. Им нужно только сделать свой проект. Является ли макет дерьмом после того, как они сделаны, проблема другого человека.

Макеты как учебники

Решение для вас, чтобы рассматривать макеты как книги. Каждый ЭЭ должен иметь макет или два для экспериментов. Знание того, как правильно его использовать, как ухаживать за ним, а также особые проблемы со схемой, связанные с макетами, являются полезными вещами для профессиональных EE. Каждый студент должен покупать свои макеты. Таким образом, они мотивированы не злоупотреблять ими. Если они это сделают, они учат урок, прежде чем начальник или коллега думает, что они идиот.

Не все макеты сделаны равными. Не просто покупать по цене, особенно когда они с дальнего востока сомнительного наследия. Как только вы найдете хороший источник, вы сможете организовать массовую покупку, чтобы ваши студенты могли получить их по приемлемой цене.

Проблемы с цепью

Многие люди сразу же обвинят все, что не работает на макете, в том, что он на макете. Ищите «макет» на этом сайте, и вы увидите множество комментариев, более святых, чем вы. Это в значительной степени неправильно.

Макеты могут быть очень полезны для проверки и проверки основных схем. Это именно то, что должны делать студенты EE. Однако есть некоторые проблемы:

1. Там нет наземного самолета. Иногда это не имеет большого значения. Это может помочь установить макет на металлическую пластину с помощью зажимной стойки, чтобы вы могли подключить плиту к макету с помощью одного провода. Или вы можете выбрать одну из горизонтальных шинных полос, чтобы также постоянно связывать пластину. В этом случае вы должны тщательно обозначить его.

   Еще одна возможность - разместить наземную плоскость под рабочей зоной. Это может быть так же просто, как работать над куском картона с алюминиевой фольгой внизу, привязанной к сетке заземления на макете.

   Имейте в виду, что на некоторых макетах, особенно на более дешевых, днища пружинных зажимов открыты снизу. Они будут коротки к любой проводящей вещи, на которой они сидят. Скажите своим студентам, чтобы они всегда надевали изолирующую ленту на голые контакты в нижней части таких макетов.

2. Каждый из контактов имеет некоторое сопротивление. В большинстве случаев это не имеет большого значения. Представьте, что контакты макета предназначены только для сигналов и малой мощности (например, для питания логического чипа). Не делайте таких вещей, как подача питания на двигатель через макет. Это может привести к перегреву контакта, вызывая окисление и долговременные проблемы.

3. Существует некоторая емкость между соседними столбцами. Эта проблема в значительной степени переоценена, но она может иметь значение для особо чувствительных аналоговых цепей.

4. Они не для высокой частоты. Это действительно следует из отсутствия заземления и большей, чем обычно, паразитной емкости. Однако кажется, что люди слишком легко это забывают.

   Также обратите внимание, что для аналоговых сигналов это имеет большее значение, чем для цифровых. Кристалл на 8 МГц для микроконтроллера вряд ли будет проблемой, но даже радиоприемник на 1 МГц будет работать по-другому на макете.

5. Они предназначены только для сквозных компонентов и микросхем в DIP-упаковках. Оба они прошли путь динозавров. Тем не менее, полезность макетов, особенно для обучения, стоит решать эту проблему. Так как вы занимаетесь обучением, держите запас ¼ W сквозных резисторов и других частей вокруг. Вы все еще можете получить много конденсаторов в сквозных версиях.

   Существуют также несущие платы, доступные в местах для хобби, которые принимают обычные пакеты для поверхностного монтажа и выводят их на линию контактов, специально предназначенных для подключения к макетам. Имеет смысл иметь их в своей лаборатории. Вы, безусловно, должны иметь их для пакетов SOT-23-3, SOT-23-6 и SOIC-14.

Исправление проблем

То, что я обычно делаю для отладки схем макета, это закрепление одножильного провода 24 калибра на каждом датчике. Зажимы заземления датчика идут к короткому проводу, выходящему из макета с with-дюймовым или около того зачищенным концом. Это позволяет прикрепить два зажима заземления зонда.

Теперь вы просто подключаете другие концы проводов 24-го калибра к любым контактным площадкам на макете, сигнал которых вы хотите видеть.

Не ленитесь, вынув зажим из зонда и вставив острый конец зонда непосредственно в отверстие макета. Во-первых, эти заостренные части обычно слишком толстые для макета. Но настоящая причина в том, что рано или поздно вы случайно проведете рукой по зондам, торчащим из макета. Это может привести к обрыву острых концов наконечников зонда, повреждению штифта или к обоим.

Резюме

Макеты могут быть полезны даже в профессиональной обстановке. Это инструменты, которыми ваши студенты должны владеть, учиться правильно ухаживать и учиться использовать, когда возникают нужные обстоятельства. Они также отлично подходят для изучения цепей и получения той самой важной интуиции о цепях, которую вы не получаете из книг.

Ваши ученики, конечно, должны понимать теорию и математику, стоящую за электроникой, но это только часть того, чтобы быть EE. Конечно, когда я беру интервью у кандидатов в ЭЭ, мне нужно видеть, что они знают теорию. Тем не менее, большую часть интервью я буду искать ту интуицию электроники, которую может дать только эксперимент.

Хорошие ЭЭ смотрят на схему и видят скачки напряжения и протекающие токи. Они видят транзистор или операционный усилитель, или конденсатор, или почти любую другую часть по тому, что это «означает» в цепи, а не просто как некоторые уравнения для решения тока с точностью до четырех десятичных знаков. Разница между настоящим EE и кем-то, кто просто вставляет значения в уравнения, заключается в том, что он способен «знать» строительные блоки и иметь представление об электронике таким образом, чтобы вы могли придумать топологии цепей, которые вы никогда не видели прежде, управляемые только тем, что нужно сделать схеме. Это требует экспериментов, чтобы увидеть, как теория и практика отличаются, часы, задающиеся вопросом, почему простой усилитель, который выглядит великолепно в теории, на самом деле колеблется, когда вы его строите, и т.д.

Вероятно, прошло около 10 лет с тех пор, как в прошлый раз мне нужно было экспериментировать со схемой до такой степени, что имело смысл использовать макет, но такие вещи иногда возникают. Я работаю профессиональным инженером-электриком с 1980 года, и раньше я работал с макетами раньше. Я думаю, что это было потому, что тогда большинство деталей проходили сквозь дырку с шагом 0,1 дюйма, стоимость и сроки изготовления печатных плат были выше, а схемы были более аналоговыми.

Вспоминая, в последний раз я использовал макет по-настоящему в разработке схемы, которая могла бы принимать ультразвуковой сигнал, используя очень мало энергии в режиме ожидания. При этом использовались транзисторы с такими низкими токами, что в техническом описании было мало указаний на то, чего ожидать. Мне нужно было около 2000 усиления на 40 кГц. В конце концов я понизил ток до 35 мкА, но не без экспериментов. Я думаю, причина, по которой это было уместно для макета, заключалась в том, что это была аналоговая схема, которая не имела много-МГц частот.

Есть ли какой-нибудь инструмент, который я могу использовать для проверки каждого контакта?

Я знаю, что научные сотрудники могут быть дешевой рабочей силой, но, учитывая цену макетов: если это необходимо, вы можете просто захотеть инвестировать в более качественные или просто новые макеты.

Даже будучи 13-летним учеником, я просто выбросил пару макетов, которые я купил из своего небольшого заработка, узнав, что они просто недостаточно точно изготовлены, чтобы обеспечить надежный контакт с DIP-компонентами. Ваши доски, вероятно, намного лучше, чем мои, когда-то - кажется, у них, по крайней мере, есть база - но они, возможно, видели пару случаев грубого использования из-за использования в образовательном учреждении.

Какие проблемы могут заболеть на макете и как их диагностировать?

Использовать ваше воображение!

• слабый контакт из-за механической усталости
• грязь
• эффекты, такие как паразитная емкость, индуктивность, сопротивление
• небезопасные соединения из-за плохого механического контакта, поскольку компоненты предназначены не для макетов, а для производства печатных плат
• много-много других вещей, которые могут пойти не так

Невозможно сказать, что не так в вашем конкретном случае - используйте свой опыт EE, чтобы исключить вещи, если вы хотите идти по этому пути.

Теперь цифровая лаборатория может означать или не означать, что вы делаете высокоскоростные вещи, а макеты, из-за формы всех проводящих частей, особенно склонны производить интересные перекрестные помехи или затухание.

Я делал и все еще делаю некоторые прототипы, даже на макетах. Тем не менее, я был очень разочарован в прошлом, поэтому теперь у меня есть в основном один макет (не модель , один образец ), которому я доверяю, и я в основном использую его только для подключения печатных плат, которые я заказал или сделал сам с 2,54. миллиметровые штыревые разъемы, несколько соединительных кабелей для питания плат и, возможно, разъединение колпачков для блока питания. Я могу положиться на контакт этих нескольких избранных компонентов, исходя из своего опыта.

Я был укушен ненадежным контактом, особенно проводными резисторами, так часто, что однажды я понял, что могу отладить прототип, который может или не может выйти из строя, либо из-за проблемы с моим дизайном, либо из-за проблемы с контакты в моем макете, чтобы просто не делать ничего, даже отдаленно сложного на макете. Если что-то сделано на печатной плате, вы можете, если вы знаете, как паять, исключить плохие контакты в качестве источника ошибки. И это довольно облегчает.

Проектирование моей собственной печатной платы на самом деле быстрее, чем выяснение того, как построить сложное устройство, например, с четырьмя транзисторами, с парой смещающих диодов и резисторов в виде прямоугольного макета. И, если у меня остается достаточно работы в очереди, пока я жду печатных плат, я могу заказать недорогие вещи где-нибудь в Китае. Для личных вещей и небольших печатных плат триплет печатных плат определенно дешевле, чем стоимость высококачественного макета, разделенного на поколения студентов, которые будут его использовать.

Конечно, абсолютно верно, что обучение студентов тому, как проектировать схему и макет платы, может оказаться вне поля зрения лаборатории, которую вы возглавляете, - тем не менее, это может быть интересно изучить.

Как я уже сказал, я не знаю, какие компоненты вы используете. Но если предположить, что это нечто большее, например, дискретные транзисторы и логические элементы DIP (семейство 7400), и, возможно, одна интерфейсная плата DSP / FPGA / микроконтроллер / ПК для подключения к ним, может быть, было бы интересно получить среднее заземление:

Паять транзистор TO-92 или DIP14 IC и штыревые разъемы на картон или картон на самом деле не очень сложно. Студенты могут по-прежнему иметь возможность в интерактивном режиме экспериментировать со схемами, если они сами спаяли свои элементарные цепи и используют внешние, высококачественные перемычки (не позволяйте мне начать с качеством перемычек), чтобы соединить их, если позволяет частота сигнала.

Для цифровых схем этот инструмент помогает:

Преимущество этого состоит в том, что если вы прочитаете 1/2 напряжения питания на счетчике, проблема заключается в разомкнутой цепи на выводе. Просто пройдите каждый контакт на устройстве и сравните его с ожидаемым значением из схемы. Это идет быстро. Этот же метод работает на обычных печатных платах, чтобы найти неожиданные обрывы цепи и уровни как в сквозных отверстиях, так и в деталях SMT. Этот прием до сих пор используется в лабораториях, в которых имеется множество испытательного оборудования. Хорошо учить системному подходу.

Другим инструментом эпохи 1980-х годов является DIP-клип со встроенными светодиодами для создания статического логического анализатора. DIP-клипсы без светодиодов отлично подходят для крепления зондов.

Для чего вы их используете?

Если это обобщенная проблема среди вашего класса, это непозволительно, это проблема соединителя (если только все макеты действительно старые).

Вторая частая причина, о которой я могу думать, это слишком высокие частоты. Проверьте максимальную частоту, рекомендованную для вашего макета, но, как правило, она не слишком высока.

Надеюсь, это поможет.