¿Cómo puedo diagnosticar posibles problemas con mis placas de prueba?

Soy un profesor de EE, y en mi laboratorio digital mis estudiantes tuvieron problemas con las placas de pruebas esta semana (algo así como esta pregunta ). Los componentes parecían funcionar cuando se movían a un área diferente en el tablero, y ayudé a solucionar problemas, por lo que no creo que sea un caso de error del estudiante.

¿Cuáles son los problemas que pueden afectar una placa de pruebas y cómo puedo diagnosticarlos? ¿Es tan simple como desenroscar cada placa de la plataforma y revisar las tiras de terminales? ¿Necesito quitar las tiras? ¿Hay alguna herramienta que pueda usar para verificar pin por pin?

Uso adecuado de placas de prueba

Las placas de prueba de estilo plug-in con filas de cinco zócalos de 1 pulgada de las que parece estar hablando pueden ser realmente útiles, pero también pueden ser abusadas. Saber cómo usar y cuidar esas placas de prueba es una habilidad de EE lo suficientemente útil que vale la pena repasar por unos minutos.

Lo principal para no abusar de las placas de prueba es no enchufar cables que son demasiado grandes. Eso puede atascar los contactos, aplastándolos en lugar de dejarlos saltar lateralmente como se esperaba. Los cables demasiado grandes generalmente también requieren romper ligeramente el plástico sobre el contacto al agrandar el orificio. Eso permite que los cables del tamaño correcto entren un poco de lado, ahora permitiendo que incluso estos cables crujen uno de los clips de resorte.

Tenga cuidado de empujar los cables hacia abajo. Una vez más, eso les impide empujar uno de los resortes de una manera no prevista.

Desafortunadamente, los estudiantes serán estudiantes y no tendrán interés a largo plazo en las placas de pruebas. Solo necesitan hacer su proyecto. Si la placa de pruebas es una mierda después de que están hechas es un problema de otra persona.

Tableros de pruebas como libros de texto

La solución es que consideres los paneles como libros. Cada EE debe tener un tablero o dos para experimentar. Saber cómo usarlo adecuadamente, cómo cuidarlo y los problemas especiales del circuito debido a las placas de pruebas son cosas útiles para que los EE profesionales sepan. Cada estudiante necesita comprar sus propios paneles de pruebas. De esa manera están motivados para no abusar de ellos. Si lo hacen, aprenden una lección antes de que el jefe o el compañero de trabajo piensen que son un imbécil.

No todas las placas de pruebas son iguales. No solo compre por precio, especialmente cuando son del lejano este de herencia cuestionable. Una vez que encuentre una buena fuente, es posible que pueda organizar una compra por volumen para que sus estudiantes puedan obtenerlos a un precio decente.

Problemas de circuito

Mucha gente culpará inmediatamente a todo lo que no funciona en una placa de prueba por el hecho de que está en una placa de prueba. Busque "tablero" en este sitio y verá muchos comentarios más santos que usted. Estos son en gran medida incorrectos.

Los paneles de pruebas pueden ser muy útiles para probar y verificar circuitos básicos. Estos son exactamente el tipo de cosas que los estudiantes de EE deberían estar haciendo. Sin embargo, hay algunos problemas:

1. No hay plano de tierra. A veces eso no importa mucho. Puede ayudar montar la placa de pruebas en una placa de metal con un poste de unión para que pueda conectar la placa a la placa de pruebas con un solo cable. O bien, puede elegir una de las tiras de bus horizontales para atar permanentemente la placa también. En ese caso, debe etiquetarlo cuidadosamente.

   Otra posibilidad es poner un plano de tierra debajo de su área de trabajo. Puede ser tan simple como trabajar en un trozo de cartón, con papel de aluminio debajo, atado a la red de tierra en el tablero.

   Tenga en cuenta que algunas placas de prueba, especialmente las más baratas, tienen la parte inferior de los clips de resorte expuestos debajo. Cortarán cualquier cosa conductiva en la que estén sentados. Dígales a sus alumnos que siempre pongan cinta aislante sobre los contactos desnudos en la parte inferior de dichos paneles.

2. Los contactos tienen resistencia. La mayoría de las veces esto no importa mucho. Piense en los contactos de la placa de pruebas como si fueran señales y poca potencia (como alimentar un chip lógico) solamente. No haga cosas como hacer funcionar la energía del motor a través de la placa de pruebas. Eso puede sobrecalentar el contacto, causando oxidación y problemas a largo plazo.

3. Hay cierta capacitancia entre columnas adyacentes. Este problema se exagera en gran medida, pero puede importar para circuitos analógicos particularmente sensibles.

4. No son para alta frecuencia. Esto realmente se deduce de no tener un plano de tierra y las capacidades parásitas más grandes de lo habitual. Sin embargo, parece que la gente olvida esto con demasiada facilidad.

   Tenga en cuenta también que esto es más importante para las señales analógicas que para las digitales. Es poco probable que un cristal de 8 MHz para un microcontrolador sea un problema, pero incluso un receptor de radio de 1 MHz actuará de manera diferente en una placa de pruebas.

5. Son solo para componentes de orificio pasante e IC en paquetes DIP. Ambos han seguido el camino de los dinosaurios. No obstante, vale la pena abordar este problema con la utilidad de las placas de prueba, especialmente para el aprendizaje. Dado que está en el negocio del aprendizaje, mantenga un stock de resistencias de agujero pasante de ¼ W y otras partes. Todavía puede obtener muchos condensadores en versiones de orificio pasante.

   También hay tableros de soporte disponibles en lugares de pasatiempo que toman paquetes de montaje en superficie comunes y los llevan a una línea de pines destinados específicamente para enchufarlos en paneles de pruebas. Tiene sentido tener un suministro de estos disponibles en su laboratorio. Ciertamente debería tenerlos para los paquetes SOT-23-3, SOT-23-6 y SOIC-14.

Solución de problemas

Lo que suelo hacer para depurar los circuitos de la placa es cortar un cable de un solo hilo de calibre 24 en cada sonda de alcance. Los clips de tierra de la sonda van a un cable corto que sale de la placa de pruebas con un extremo pelado de ¾ de pulgada. Esto permite que se acoplen dos clips de tierra de sonda de alcance.

Ahora solo tiene que enchufar los otros extremos de los cables de calibre 24 en las almohadillas de la placa de pruebas de las que desea ver la señal.

No se vuelva perezoso quitando el clip de una sonda telescópica y conectando el extremo afilado de la sonda directamente en un orificio de placa. Primero, estas partes puntiagudas suelen ser demasiado gruesas para una placa de pruebas. Pero la verdadera razón es que, tarde o temprano, deslizarás la mano accidentalmente por las sondas que salen del tablero. Eso romperá los extremos puntiagudos de las puntas de las sondas, dañará el pasador de la placa de pruebas o ambos.

Resumen

Los paneles de pruebas pueden ser útiles, incluso en un entorno profesional. Son herramientas que sus alumnos deberían tener, aprender a cuidarlas adecuadamente y aprender a usar cuando surjan las circunstancias adecuadas. También son excelentes para aprender sobre circuitos y obtener esa intuición tan importante sobre los circuitos que no obtienes de los libros.

Sus estudiantes ciertamente necesitan comprender la teoría y las matemáticas detrás de la electrónica, pero eso es solo una parte de ser un EE. Cuando entrevisto a candidatos de EE, por supuesto, necesito ver que conocen la teoría. Sin embargo, la mayor parte de la entrevista buscaré esa intuición electrónica que solo la experimentación puede brindarle.

Los buenos EE observan un esquema y ven los voltajes empujando y las corrientes que fluyen. Ven un transistor u opamp o condensador o casi cualquier parte por lo que "significa" en un circuito, no solo como algunas ecuaciones para resolver la corriente a cuatro decimales. La diferencia entre un EE real y alguien que solo conecta valores en ecuaciones es ser capaz de "conocer" los componentes básicos y tener una intuición sobre la electrónica de una manera que le permita crear topologías de circuitos que nunca antes haya visto, solo manejadas por lo que el circuito necesita hacer. Esto requiere experimentar, ver cómo la teoría y la práctica difieren, horas preguntándose por qué el amplificador simple que se ve muy bien en teoría realmente oscila cuando lo construyes, etc. Los paneles de prueba son los mejores vehículos que tenemos para tal aprendizaje hoy.

Probablemente hayan pasado aproximadamente 10 años desde la última vez que tuve que experimentar con un circuito hasta el punto en que tenía sentido usar una placa de prueba, pero tales cosas surgen ocasionalmente. He sido ingeniero eléctrico profesional desde 1980, y solía usar placas de prueba más temprano en mi carrera. Creo que esto se debió a que en ese entonces la mayoría de las partes tenían agujeros de paso de .1 ", el costo y el tiempo de producción de las tarjetas de PC eran mayores, y los circuitos eran más analógicos.

En retrospectiva, la última vez que utilicé una placa de prueba de verdad fue en el desarrollo de un circuito que pudiera recibir una señal de ultrasonido usando muy poca energía de reserva. Esto estaba usando transistores a corrientes tan bajas que la hoja de datos daba poca orientación sobre qué esperar. Necesitaba aproximadamente 2000 de ganancia a 40 kHz. Finalmente lo reduje a una corriente de reposo de 35 µA, pero no sin experimentar un poco. Supongo que la razón por la que esto era apropiado para una placa de prueba era que era un circuito analógico que no tenía frecuencias de múltiples MHz.

¿Hay alguna herramienta que pueda usar para verificar pin por pin?

Sé que los asistentes de investigación pueden ser mano de obra barata, pero teniendo en cuenta el precio de las placas de prueba: si esto es necesario, es posible que simplemente desee invertir en placas de prueba de mayor calidad o simplemente nuevas.

Incluso cuando era un alumno de 13 años, simplemente tiré un par de placas de pan que compré de mis pequeñas ganancias después de descubrir que simplemente no se fabricaron con la precisión suficiente para garantizar un contacto confiable con los componentes DIP. Sus tableros son probablemente mucho mejores que los míos, en el pasado, parece que al menos tienen una base, pero es posible que hayan visto un par de ocasiones de uso rudo debido a su uso en una instalación educativa.

¿Cuáles son los problemas que pueden afectar una placa de pruebas y cómo puedo diagnosticarlos?

¡Use su imaginación!

• contacto débil debido a fatiga mecánica
• suciedad
• efectos como capacitancia parásita, inductancia, resistencia
• conexiones no seguras debido al mal contacto mecánico, ya que los componentes no están hechos para placas de pruebas, sino para la fabricación de PCB
• muchas otras cosas que pueden salir mal

Es imposible saber qué está mal en su caso particular: use su experiencia de EE para descartar cosas, si esa es la ruta que desea tomar.

Ahora, el laboratorio digital puede o no significar que estás haciendo cosas de alta velocidad, y las placas de prueba son, debido a la forma de todas las partes conductoras, especialmente propensas a producir interesantes conversaciones cruzadas o atenuación.

Lo hice y sigo haciendo algunos prototipos, incluso en placas de prueba. Sin embargo, me he frustrado mucho en el pasado, así que ahora tengo básicamente una placa de prueba (no modelo , una sola muestra ) en la que confío, y básicamente solo la uso para enchufar los PCB que pedí o hice con 2.54 mm cabeceras de pasador de paso, y algunos cables de puente para alimentar las placas, y tal vez desacoplar tapas para la fuente de alimentación. Puedo confiar en el contacto de estos pocos componentes seleccionados, por experiencia.

He sido mordido por contactos poco confiables, especialmente de resistencias cableadas, tan a menudo, que en un momento me di cuenta de que puedo depurar un prototipo que podría o no estar fallando debido a un problema con mi diseño o un problema con el contactos en mi placa de prueba, para simplemente no hacer nada, ni remotamente complejo en la placa de prueba. Si se hace algo en la PCB, puede, siempre que sepa cómo soldar, descartar contactos defectuosos como fuente de error. Y eso es bastante aliviante.

Diseñar mi propia PCB en realidad es más rápido que descubrir cómo construir un complejo, por ejemplo, un dispositivo de cuatro transistores con un par de diodos y resistencias de polarización como un diseño de placa rectangular. Y, si tengo suficiente trabajo en la cola para hacer mientras espero los PCB, puedo pedir cosas baratas en algún lugar de China. Para cosas privadas y pequeños PCB, un triplete de PCB es definitivamente más barato que el costo de un tablero de alta calidad dividido por las generaciones de estudiantes que lo usarán.

Por supuesto, es absolutamente cierto que enseñar a los estudiantes cómo diseñar un esquema y diseñar un tablero puede estar fuera del alcance del laboratorio al que se dirige; sin embargo, puede ser algo interesante de aprender.

Como dije, no sé qué tipo de componentes usas. Pero suponiendo que esas sean más cosas como transistores discretos y puertas lógicas DIP (tipo de cosas de la familia 7400), y tal vez una placa de interfaz DSP / FPGA / microcontrolador / PC para conectarse a ellas, tal vez un término medio sería interesante:

Soldar un transistor TO-92 o un IC DIP14 y clavar los encabezados en un tablero de cartón o una placa de perfilado no es realmente difícil de hacer. Es posible que los estudiantes aún puedan experimentar interactivamente con los circuitos si han soldado sus circuitos elementales y utilizan cables de puente externos de buena calidad (no me ayuden a comenzar con la calidad de los cables de puente) para conectarlos, si la frecuencia de la señal lo permite.

Para circuitos digitales, esta herramienta ayuda a:

El beneficio de esto es que si lee la mitad del voltaje de suministro en el medidor, el problema es un circuito abierto en el pin. Simplemente revise cada pin del dispositivo y compárelo con el valor esperado del esquema. Va rápido Esta misma técnica funciona en placas de circuito ordinarias para encontrar circuitos abiertos inesperados y niveles tanto en piezas pasantes como en piezas SMT. Este truco todavía se usa en laboratorios que tienen muchos equipos de prueba. Es bueno enseñar un enfoque sistemático.

Otra herramienta de la década de 1980 es un clip DIP con LED incorporados para hacer un analizador de lógica estática. Los clips DIP sin los leds son excelentes como lugar para conectar sondas.

¿Para qué los estás usando?

Si es un problema generalizado entre su clase, es improbable que sea un problema de conector (a menos que todas las placas de prueba sean realmente antiguas).

La segunda razón frecuente que se me ocurre son las frecuencias demasiado altas. Verifique la frecuencia máxima recomendada para su placa de prueba, pero generalmente no son demasiado altas.

Espero eso ayude.