Comment puis-je diagnostiquer d'éventuels problèmes avec mes platines d'essai?

12

Je suis professeur d'EE, et dans mon laboratoire numérique, mes étudiants ont eu des problèmes avec les maquettes cette semaine (un peu dans le sens de cette question ). Les composants semblaient fonctionner lorsqu'ils étaient déplacés vers une autre zone de la carte, et j'ai aidé à résoudre les problèmes, donc je ne pense pas que ce soit un cas d'erreur d'étudiant.

Quels sont les problèmes qui peuvent affecter une planche à pain et comment puis-je les diagnostiquer? Est-ce aussi simple que de dévisser chaque carte de la plate-forme et de vérifier les borniers? Dois-je retirer les bandes? Existe-t-il un outil que je peux utiliser pour vérifier broche par broche?

torsion de citron
la source
3
Je ne les utilise plus beaucoup, mais il y a des années, j'ai eu des problèmes avec eux qui, je pense, étaient dus au fait de forcer des fils de composants trop lourds à travers les trous et à écraser les contacts.
Tut
1
Non. Vous remplacez les mauvais par de bons, et ne laissez pas les étudiants en abuser
Scott Seidman
8
@Andyaka n'oublie pas que quelqu'un qui est physicien de profession peut être professeur au département d'EE d'une université de sciences appliquées et enseigner dans des laboratoires; Ce n'est peut-être pas toujours parfait, mais c'est ainsi que les petites institutions doivent travailler, et souvent, l'apprentissage coopératif des enseignants et des enseignants est assez efficace pour communiquer les concepts essentiels. Tout le monde n'étudie pas dans une université technique de 10 000 étudiants et plus!
Marcus Müller
Je suis en fait un enseignant d'EE dans un collège communautaire, nous avons donc des problèmes très différents de ceux d'une université!
lemontwist
4
Mes dommages préférés à la planche à pain à évaluer sont "Ne pas diagnostiquer une inversion d'alimentation sur un circuit sous tension en temps opportun"
W5VO

Réponses:

28

Utilisation appropriée des tables d'expérimentation

Les platines de style plug-in avec des rangées de cinq prises de 0,1 pouce dont vous semblez parler peuvent être vraiment utiles, mais peuvent également être utilisées à mauvais escient. Savoir utiliser et prendre soin de ces platines est une compétence EE suffisamment utile pour que cela vaille la peine d'être étudié pendant quelques minutes.

L'essentiel pour ne pas abuser des platines est de ne pas brancher de fils trop gros. Cela peut bloquer les contacts, les écraser au lieu de les laisser sauter latéralement comme prévu. Les fils trop gros nécessitent généralement de casser légèrement le plastique au-dessus du contact en élargissant le trou. Cela permet aux fils de la bonne taille d'entrer un peu sur le côté, permettant désormais à ces fils de crisser l'un des clips à ressort.

Veillez à pousser les fils vers le bas. Encore une fois, cela les empêche de pousser sur l'un des ressorts d'une manière non prévue.

Malheureusement, les étudiants seront des étudiants et n'auront aucun intérêt à long terme pour les platines. Il leur suffit de réaliser leur projet. Que la planche à pain soit de la merde une fois terminée est le problème de quelqu'un d'autre.

Les maquettes comme manuels

La solution est que vous envisagiez des planches à pain comme des livres. Chaque EE devrait avoir une planche à pain ou deux pour expérimenter. Savoir comment l'utiliser correctement, comment en prendre soin et les problèmes de circuit spéciaux dus aux planches à pain sont des choses utiles pour les EE professionnels. Chaque étudiant doit acheter ses propres planches à pain. De cette façon, ils sont motivés à ne pas en abuser. S'ils le font, ils apprennent une leçon avant que le patron ou le collègue pense qu'ils sont un crétin.

Toutes les planches à pain ne sont pas égales. Ne vous contentez pas d'acheter sur le prix, surtout quand ils sont de l'extrême est d'un patrimoine douteux. Une fois que vous avez trouvé une bonne source, vous pourriez être en mesure d'organiser un achat en volume afin que vos élèves puissent les obtenir à un prix décent.

Problèmes de circuit

Beaucoup de gens blâmeront immédiatement tout ce qui ne fonctionne pas sur une planche à pain du fait que c'est sur une planche à pain. Recherchez «planche à pain» sur ce site et vous verrez beaucoup de commentaires plus saints que vous. Ce sont largement faux.

Les maquettes peuvent être très utiles pour essayer et vérifier les circuits de base. C'est exactement le genre de choses que les étudiants en EE devraient faire. Il y a cependant quelques problèmes:

  1. Il n'y a pas d'avion au sol. Parfois, cela n'a pas beaucoup d'importance. Cela peut aider à monter la planche à pain sur une plaque métallique avec un poteau de reliure afin que vous puissiez connecter la plaque à la planche à pain avec un seul fil. Vous pouvez également choisir l'une des bandes de bus horizontales pour attacher la plaque de manière permanente. Dans ce cas, vous devez l'étiqueter soigneusement.

    Une autre possibilité est de placer un plan au sol sous votre zone de travail. Cela peut être aussi simple que de travailler sur un morceau de carton, avec du papier d'aluminium en dessous, attaché au filet de sol sur la planche à pain.

    Gardez à l'esprit que certaines planches à pain, en particulier les moins chères, ont le bas des clips à ressort exposé en dessous. Ils seront à court de n'importe quelle chose conductrice sur laquelle ils sont assis. Dites à vos élèves de toujours mettre du ruban isolant sur les contacts nus au bas de ces planches à pain.

  2. Les contacts ont chacun une certaine résistance. La plupart du temps, cela n'a pas beaucoup d'importance. Considérez les contacts de la platine comme des signaux et une faible puissance (comme pour alimenter une puce logique) uniquement. Ne faites pas des choses comme faire fonctionner le moteur à travers la planche à pain. Cela peut surchauffer le contact, provoquant une oxydation et des problèmes à long terme.

  3. Il y a une certaine capacité entre les colonnes adjacentes. Ce problème est largement surévalué, mais il peut avoir de l'importance pour les circuits analogiques particulièrement sensibles.

  4. Ils ne sont pas destinés aux hautes fréquences. Cela découle vraiment de l'absence d'un plan de masse et des capacités parasites plus grandes que d'habitude. Cependant, il semble que les gens l'oublient trop facilement.

    Notez également que cela importe plus pour les signaux analogiques que numériques. Il est peu probable qu'un cristal de 8 MHz à un microcontrôleur soit un problème, mais même un récepteur radio de 1 MHz va agir différemment sur une maquette.

  5. Ils sont uniquement destinés aux composants traversants et aux circuits intégrés dans les packages DIP. Ces deux ont suivi le chemin des dinosaures. Néanmoins, l'utilité des tables d'expérimentation, en particulier pour l'apprentissage, mérite d'être traitée avec ce problème. Puisque vous êtes dans le domaine de l'apprentissage, gardez un stock de résistances traversantes ¼ W et d'autres pièces autour. Vous pouvez toujours obtenir de nombreux condensateurs dans des versions traversantes.

    Il existe également des cartes de transport disponibles dans les lieux de loisirs qui prennent des emballages de montage en surface courants et les amènent à une ligne de broches spécialement conçues pour être branchées sur des planches à pain. Il est logique d'en avoir un approvisionnement disponible dans votre laboratoire. Vous devriez certainement les avoir pour les packages SOT-23-3, SOT-23-6 et SOIC-14.

Dépannage

Ce que je fais habituellement pour déboguer les circuits de la maquette est de clipser un fil simple brin de calibre 24 sur chaque sonde de portée. Les clips de masse de la sonde vont à un fil court qui sort de la planche à pain avec une extrémité dénudée de ¾ de pouce. Cela permet de fixer deux clips de mise à la terre pour sonde.

Maintenant, il vous suffit de brancher les autres extrémités des fils de calibre 24 dans les pads de la planche à pain dont vous souhaitez voir le signal.

Ne soyez pas paresseux en retirant le clip d'une sonde d'oscilloscope et en branchant l'extrémité pointue de la sonde directement dans un trou de planche à pain. Tout d'abord, ces parties pointues sont généralement un peu trop épaisses pour une planche à pain. Mais la vraie raison est que tôt ou tard vous glisserez accidentellement votre main sur les sondes qui dépassent de la planche à pain. Cela détachera les extrémités pointues des pointes de sonde, endommagera la goupille de la planche à pain, ou les deux.

Sommaire

Les maquettes peuvent être utiles, même dans un cadre professionnel. Ce sont des outils que vos élèves devraient posséder, apprendre à prendre soin d'eux correctement et apprendre à utiliser lorsque les bonnes circonstances se présentent. Ils sont également parfaits pour en apprendre davantage sur les circuits et obtenir cette intuition très importante sur les circuits que vous n'obtenez pas dans les livres.

Vos élèves ont certainement besoin de comprendre la théorie et les mathématiques derrière l'électronique, mais ce n'est qu'une partie de l'EE. Lorsque j'interviewe des candidats EE, je dois bien sûr voir qu'ils connaissent la théorie. Cependant, la plupart de l'interview, je chercherai cette intuition électronique que seule l'expérimentation peut vous donner.

Les bons EE regardent un schéma et voient les tensions pousser et les courants circuler. Ils voient un transistor ou un ampli op ou un condensateur ou presque n'importe quelle partie par ce qu'il "signifie" dans un circuit, pas seulement comme quelques équations pour résoudre le courant à quatre décimales. La différence entre un véritable EE et quelqu'un qui ne fait que brancher des valeurs dans des équations est de pouvoir "connaître" les éléments constitutifs et avoir une intuition sur l'électronique d'une manière qui vous permet de proposer des topologies de circuits que vous n'avez jamais vues auparavant, pilotées uniquement par ce que le circuit doit faire. Cela demande de l'expérimentation, de voir comment la théorie et la pratique diffèrent, des heures à se demander pourquoi l'amplificateur simple qui a fière allure en théorie oscille en fait lorsque vous le construisez, etc.

Cela fait probablement environ 10 ans depuis la dernière fois que j'ai eu besoin d'expérimenter un circuit au point qu'il était logique d'utiliser une planche à pain, mais de telles choses surviennent de temps en temps. Je suis ingénieur électricien professionnel depuis 1980, et j'ai utilisé des planches à pain plus tôt dans ma carrière. Je pense que c'était parce qu'à l'époque la plupart des pièces étaient traversantes avec un pas de 0,1 ", le coût et le délai de fabrication des cartes PC étaient plus élevés, et les circuits étaient plus analogiques.

En y repensant, la dernière fois que j'ai utilisé une planche à pain pour de vrai, c'était dans le développement d'un circuit qui pouvait recevoir un signal ultrasonore en utilisant très peu de puissance de veille. Cela utilisait des transistors à des courants si faibles que la fiche technique ne donnait que peu d'indications sur ce à quoi s'attendre. J'avais besoin d'environ 2000 gains à 40 kHz. Finalement, je l'ai réduit à un courant de repos de 35 µA, mais pas sans expérimenter. Je suppose que la raison pour laquelle cela était approprié pour une maquette était qu'il s'agissait d'un circuit analogique qui n'avait pas de fréquences multi-MHz.

Olin Lathrop
la source
1
Bonne réponse; J'hésite à le modifier, mais je pense personnellement que la dernière phrase mérite d'être lue: je suppose que la raison pour laquelle cela était approprié pour une planche à pain était qu'il s'agissait d'un circuit analogique à faible bande passante , réitérant le fait que vous ne pouvez pas construire un modèle exact, oscillateur multi-mégahertz fiable et stable sur une planche à pain sans considérer la carte elle-même comme un composant plutôt que les fils idéalisés dans votre schéma
Marcus Müller
Je suis presque superstitieux de tester ces sous-circuits qui peuvent être montés sur une planche à pain. Je garde les cartes de dérivation DIP pour les SMD à portée de main, et parfois je fonctionne à des fréquences plus basses que le produit final. Je le fais spécialement pour les produits nouveaux pour moi. Je suppose que cela coûte un peu de temps, mais j'utilise également le processus comme un outil pour garder la conception droite dans ma tête et pour déterminer les limites des sous-systèmes. Probablement une ou deux fois, cela m'a sauvé une erreur idiote dans une carte, et m'a sauvé une semaine environ de rotation sur un nouveau prototype de PCB.
Scott Seidman
2
@Marcus: J'ai ajouté un petit avertissement. Cependant, je pense que le point sur la faible bande passante est exagéré là-bas. Les cristaux de 20 MHz pour piloter les microcontrôleurs fonctionnent bien. Ce n'est pas une de ces choses à ne jamais faire. Il y a des choses dont vous devez être conscient (comme les plafonds de charge en cristal de 20 MHz peuvent devoir être différents), mais en étant sensé, vous pouvez obtenir un bon kilométrage des planches à pain, même à des fréquences modestes.
Olin Lathrop
@OlinLathrop true, mais nous convenons tous les deux que l'oscillateur à 20 MHz fonctionne bien car c'est en fait un oscillateur qui est activement entraîné, donc un peu de perte due à l'amortissement et au rayonnement n'a pas d'importance - et aussi, vous ne voudriez pas exécuter un signal analogique sensible proche de celui-là non plus. C'est en fait ce que j'impliquais avec la compréhension de la maquette en tant que composant .
Marcus Müller
Très belle explication! Et tout à fait à mon avis. Dans mon travail, j'ai eu une fois un proto analogique + microcontrôleur fonctionnant sur une planche à pain pendant plus de 2 mois sans aucune défaillance.
Adam Calvet Bohl
6

Existe-t-il un outil que je peux utiliser pour vérifier broche par broche?

Je sais que les assistants de recherche peuvent être une main-d'œuvre bon marché, mais compte tenu du prix des planches à pain: si cela est nécessaire, vous voudrez peut-être simplement investir dans des planches à pain de meilleure qualité ou tout simplement nouvelles.

Même en tant qu'élève de 13 ans, j'ai simplement jeté quelques planches à pain que j'ai achetées de mes petits revenus après avoir découvert qu'elles n'étaient tout simplement pas fabriquées avec suffisamment de précision pour assurer un contact fiable avec les composants DIP. Vos planches sont probablement beaucoup mieux que les miennes, à l'époque - il semble qu'elles aient au moins une base - mais elles ont peut-être été utilisées à quelques reprises en raison de leur utilisation dans un établissement d'enseignement.

Quels sont les problèmes qui peuvent affecter une planche à pain et comment puis-je les diagnostiquer?

Utilise ton imagination!

  • faible contact dû à la fatigue mécanique
  • saleté
  • des effets tels que la capacité parasite, l'inductance, la résistance
  • connexions non sécurisées en raison d'un mauvais contact mécanique, car les composants ne sont pas faits pour les plaques d'essais, mais la fabrication de PCB
  • beaucoup, beaucoup d'autres choses qui pourraient mal tourner

Il est impossible de dire ce qui ne va pas dans votre cas particulier - utilisez votre expérience EE pour exclure les choses, si c'est la route que vous souhaitez emprunter.

Maintenant, le laboratoire numérique peut ou non signifier que vous faites des trucs à grande vitesse - et les tables d'expérimentation sont, en raison de la forme de toutes les parties conductrices, particulièrement sujettes à produire des interférences ou des atténuations intéressantes.


comme une remarque personnelle:

J'ai fait et fais encore du prototypage, même sur des platines. Cependant, j'ai été frustré beaucoup par le passé, alors maintenant j'ai essentiellement une planche à pain (pas un modèle , un seul spécimen ) en laquelle j'ai confiance, et je ne l'utilise que pour brancher des PCB que j'ai commandés ou fabriqués avec 2.54 en-têtes de broches à pas de mm, et quelques câbles de démarrage pour alimenter les cartes, et peut-être des capuchons de découplage pour l'alimentation. Je peux compter sur le contact de ces quelques composants sélectionnés, par expérience.

J'ai été mordu par des contacts peu fiables, en particulier de résistances câblées, si souvent, que je me suis rendu compte à un moment donné que je pouvais soit déboguer un prototype qui pouvait ou non échouer en raison d'un problème avec ma conception ou d'un problème avec le contacts dans mon breadboard, simplement pas faire quoi que ce soit , même à distance complexe sur planche à pain. Si quelque chose est fait sur PCB, vous pouvez, tant que vous savez comment souder, exclure les mauvais contacts comme source d'erreur. Et c'est assez soulageant.

Concevoir mon propre PCB est en fait plus rapide que de comprendre comment construire un dispositif complexe à quatre transistors, par exemple, avec quelques diodes de polarisation et résistances en tant que conception de planche à pain rectangulaire. Et, s'il me reste suffisamment de travail dans la file d'attente pendant que j'attends des PCB, je peux commander des choses à bon marché quelque part en Chine. Pour les trucs privés et les petits PCB, un triplet de PCB est certainement moins cher que le coût d'une planche à pain de haute qualité divisé par les générations d'étudiants qui l'utiliseront.

Bien sûr, il est absolument vrai qu'enseigner aux élèves comment concevoir un schéma et la disposition d'un tableau peut être hors de portée du laboratoire que vous dirigez - ce pourrait être une chose intéressante à apprendre, néanmoins.

Comme je l'ai dit, je ne sais pas quel type de composants vous utilisez. Mais en supposant que ce sont plus de choses comme des transistors discrets et des portes logiques DIP (7400 types de choses de la famille), et peut-être une carte d'interface DSP / FPGA / microcontrôleur / PC pour se connecter à ceux-ci, peut-être qu'un terrain d'entente serait intéressant:

Il n'est pas très difficile de souder un transistor TO-92 ou un IC DIP14 et des en-têtes de broches sur un stripboard ou une perfboard. Les élèves pourraient toujours être en mesure d'expérimenter de manière interactive les circuits s'ils ont soudé eux-mêmes leurs circuits élémentaires et utilisent des câbles de connexion externes de bonne qualité (ne me lancez pas sur la qualité des câbles de connexion) pour les connecter, si la fréquence du signal le permet.

Marcus Müller
la source
1
La soudure n'est pas assez rapide pour prendre en charge une classe de laboratoire.
Scott Seidman
@PlasmaHH moin, cela se produit lorsque j'appuie sur le bouton de soumission trop tôt
Marcus Müller
2
β
@ScottSeidman donc, si votre laboratoire dépend de la mise en contact rapide de composants plombés, eh bien, votre laboratoire pourrait être confronté à un problème pour lequel nous n'avons pas de solution bon marché à partir de 2016. Et, aussi, si vos étudiants ont eu un brève introduction à souder (à mon alma mater, le conseil des étudiants en EE propose en fait une telle chose), puis souder quelque chose ensemble pourrait ne pas prendre beaucoup plus de temps que de simplement brancher des choses sur une planche à pain.
Marcus Müller
2
hé, et donner les résistances est plus une action symbolique qu'un cadeau réel - "hé, vous avez l'air d'avoir aimé brancher les circuits ensemble, vous voulez garder les résistances et ces 10 BC549? Je les jetterais, parce que personne n'a le temps de les trier et de les tester, mais si vous voulez construire le laboratoire à la maison et rendre votre grand-mère vraiment heureuse ce Noël ... "
Marcus Müller
1

Pour les circuits numériques, cet outil permet:

entrez la description de l'image ici

L'avantage de ceci est que si vous lisez la moitié de la tension d'alimentation sur le compteur, le problème est un circuit ouvert sur la broche. Parcourez simplement chaque broche de l'appareil et comparez-le à la valeur attendue du schéma. Ça va vite. Cette même technique fonctionne sur les cartes de circuits imprimés ordinaires pour trouver des circuits ouverts et des niveaux inattendus dans les pièces traversantes et SMT. Cette astuce est toujours utilisée dans les laboratoires qui disposent de nombreux équipements de test. Il est bon d'enseigner une approche systématique.

Un autre outil de l'ère des années 1980 est un clip DIP avec LED intégrées pour créer un analyseur de logique statique. Les clips DIP sans leds sont parfaits pour fixer des sondes.

Tom Anderson
la source
0

Pourquoi les utilisez-vous?

S'il s'agit d'un problème généralisé dans votre classe, il est peu probable qu'il s'agisse d'un problème de connecteur (à moins que toutes les tables d'expérimentation soient vraiment anciennes).

La deuxième raison fréquente à laquelle je peux penser est la fréquence trop élevée. Vérifiez la fréquence maximale recommandée pour votre planche à pain, mais elles ne sont généralement pas trop élevées.

J'espère que cela aide.

xgrimau
la source