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Laboratorio Amatoriale per costruzione e riparazione apparati elettronici

Definizione di Laboratorio Amatoriale per costruzione e riparazione apparati elettronici

Il laboratorio è il luogo in cui sono concentrati tutti gli strumenti di misura e gli attrezzi adatti ad operare su apparecchiature elettroniche allo scopo di sviluppare prototipi, montare circuiti ed eseguire tutte le misure adatte a verificarne il funzionamento.
Per "amatoriale" si intende l'utilizzo per hobby.
Un laboratorio amatoriale non è in genere progettato per un utilizzo specifico, quindi deve essere adatto sia allo sviluppo che alla verifica/riparazione.
Quindi, in realtà più completo di un laboratorio attrezzato per un uso specifico.
In genere le apparecchiature presenti in un laboratorio amatoriale sono di livello inferiore di quelle adottate in un laboratorio professionale e frutto quasi sempre di mercatini dell'elettronica e venditori di materiale "surplus", ma mi è capitato di vedere laboratori amatoriali più attrezzati dei laboratori professionali.

Filosofia del laboratorio elettronico amatoriale

Un amatore difficilmente dispone di fondi necessari per realizzare un laboratorio completo, il laboratorio è sempre un cantiere aperto, di volta in volta a seconda delle occasioni (fiere dell'elettronica e altro) si aggiungono strumenti o si auto costruiscono.
E capita sempre un progetto che necessita di un particolare strumento che non possediamo.
Il mio laboratorio è il frutto di tutti i circuiti che nel corso degli anni ho sviluppato e non viceversa.
Ogni progetto per essere realizzato ha richiesto strumenti diversi, fino ai giorni nostri in cui ho quasi tutti gli strumenti che mi occorrono.
E poco importa se una parte di questi sono obsoleti, l'importante è che facciano al caso nostro e che funzionino correttamente.

Come realizzare un laboratorio adatto alla costruzione e riparazione di apparati elettronici

In questo paragrafo cercheremo di fare un po' di luce sugli strumenti di misura e gli apparati di supporto (gruppi di continuità, filtri di rete ecc.) indispensabili in un laboratorio elettronico amatoriale adatto principalmente per le elettroniche ad audiofrequenza.
Niente di esotico o troppo costoso per iniziare.
Poi per i più facoltosi e disposti a spendere le possibilità di miglioramento sono infinite.
Verranno anche illustrati diversi strumenti autocostruiti.
Ovviamente partiremo dal laboratorio che normalmente uso che non è ne all'avanguardia ne troppo povero.
Vi è quasi tutto quello che è indispensabile per non complicarsi troppo la vita.

Molto spesso l'hobbista elettronico può sfruttare solo degli spazi, all'interno della propria casa, che non vengono utilizzati per altro.
Quindi è indispensabile costruire un tavolo di lavoro adatto ad essere collocato in tali spazi.
Quindi con un po' di buona volontà dovremo realizzare anche questo.
Come potete vedere nelle foto sopra, abbiamo realizzato in proprio il piccolo soppalco dove verranno disposti gli strumenti, in legno di pino unito con viti autofilettanti da legno e colla.
Il tutto per evitare il deterioramento dovuto a polvere e umidità, verniciato con una vernice protettiva da legno.
In genere più lo spazio è ridotto più dovremo organizzarlo al meglio per contenere tutto.
Lo spazio non basta mai.

Tipologia delle misure realizzabili

Questo genere di laboratorio ci da la possibilità di realizzare le seguenti misure:

• Misure di tensione

• Misure di corrente

• Misure di potenza

• Misure di banda passante di filtri e apparati ad audiofrequenza

• Misure di distorsione

• Misure di spettro

• Misure di impedenza

• Controlli sui componenti da utilizzare (resistenze, capacità, induttanza, fattore di amplificazione transistor e mosfet)

Il limite di frequenza è dettato dalla banda passante degli strumenti a disposizione.

Alimentazione Elettrica

E' fondamentale poter usufruire di una tensione di alimentazione (rete di distribuzione dell'energia elettrica) il più stabile possibile e, priva di distorsione armonica e di picchi di tensione.
Possibili disturbi che si propagano sulla rete elettrica possono falsare le misure.
Eventuali picchi di tensione possono danneggiare gli strumenti.
Per evitare problemi è indispensabile progettare un buon impianto di alimentazione degli stumenti utilizzati in laboratorio ed evitare il più possibile i gruond loop.

- Trasformatore di isolamento. Serve per isolare galvanicamente il laboratorio dalla rete elettrica. Si tratta di un trasformatore dal costo abbastanza alto. In realtà per evitare loop di massa ne occorrono diversi per isolare i vari strumenti alimentati dalla rete elettrica.
- Gruppi di continuità: Tipologie a confronto. Lo scopo e quello di avere una alimentazione esente il più possibile da interferenze e di valore controllato. Vengono in questo modo eliminate le fluttuazioni di tensione, i transitori di inserzione le sovratensioni transitorie. Si tratta di un apparato dal costo anche notevole che evita anche le interruzioni improvvise di tensione avendo un certo numero di batterie tampone.
- Modifica Gruppo di continuità commerciale del tipo Line-Interactive ad uso di laboratorio. I gruppi di continuità Line-Interactive non sono adatti ad uso di laboratorio, ma possono essere adattati allo scopo con alcune semplici modifiche. Sono di più facile reperibilità in quanto sono comunemente utilizzati per alimentare computer e apparecchiature elettroniche. Nel nostro caso l'apparato originale acquistato usato ad un mercatino è stato modificato per avere una maggiore autonomia, impiegando delle batterie con maggiore capacità, dopo averlo controllato e pulito.
- Stabilizzatore di tensione. Lo stabilizzatore di tensione rappresenta una scelta economica rispetto al gruppo di continuità, tuttavia le caratteristiche sono molto peggiori.
- Prese di alimentazione filtrate. Si tratta di un ripiego rispetto alla opzione precedente. Si possono usare delle prese filtrate (con un filtro antidisturbo) per alcuni impieghi e il gruppo di continuità per altri. Per esempio, è inutile mettere un saldatore o un variac sotto gruppo di continuità mentre può essere utile utilizzare una presa con filtro.

Strumenti di misura

- Oscilloscopio analogico. Ormai soppiantato dall'oscilloscopio digitale si trova di buona qualità (usato) a prezzi ottimi.
- Oscilloscopio digitale. Strumento versatile, in genere incorpora la funzione di analizzatore di spettro. Utilissimo anche in fase di documentazione dei lavori eseguiti, forte della possibilità di esportare le misure su svariati supporti.
- Generatore di funzioni. Si tratta di un attrezzo indispensabile per fare misure accurate sugli amplificatori. Può andare bene anche un generatore sinusoidale a bassa distorsione che si può autocostruire o comprare di seconda mano alle fiere dell'elettronica.
- Tester o multimetro Analogico. Utile per alcuni tipi di misure anche se ormai soppiantato dal multimetro digitale.
- Tester o multimetro Digitale. Utile per misure di vario tipo, è utile averne più di uno per fare diverse misure contemporaneamente.
- Capacimetro, induttanzimetro. Strumento utile per misurare i condensatori e le induttanze. Molti multimetri hanno anche questa funzione. In genere lo strumento specifico è più preciso di quello integrato nei multimetri. Ce ne sono di tutti i prezzi.
- Termometro digitale o termocamera. Strumento adatto alla verifica delle temperature raggiunte da un circuito o da un componente specifico. Fondamentale per tutte le applicazioni di potenza, dove un surriscaldamento di un componente può determinarne la morte prematura. La termocamera è la scelta migliore in assoluto ma ha costi in genere proibitivi.

Strumenti autocostruiti

L'hobbista, in genere, sia per divertimento personale che per reale necessità ama costruirsi gli stumenti più semplici.
Io non faccio eccezione, ne ho costruiti veramente tanti nel corso degli anni, quelli elencati di seguito sono quelli più utili.
L'autocostruzione oltre che gli strumenti coinvolge anche i fili di collegamento e altri aspetti non elettronici di un laboratorio, come ad esempio cassettiere, mobili, carrelli ed altro.
Qui veranno presi in considerazione solo quelli strettamente legati all'elettronica.

- Carico fittizio per amplificatori audio di grossa potenza. Normalmente si tratta di un carico fittizio di 4, 8, 16Ω adatto alla prova degli amplificatori di potenza, per eseguire test e misure.
- Prova batterie. Serve per verificare l'efficienza delle batterie misurandone la resistenza serie.
- Monitor audio. In genere con amplificatore di buona sensibilità e bassa potenza, con tanto di altoparlante, serve per verificare generatori di segnale e svariate fonti audio. In questo caso è stato auto costruito.
- Iniettore di segnale. Serve per ricerca guasti, è uno strumento molto in voga nel passato che ora è stato superato dai moderni generatori di funzioni.
- Sonda magnetica. Serve per rilevare i flussi magnetici dispersi dei trasformatori e più in generale le interferenze di natura magnetica evidenziandone l'intensità e la direzione del flusso.
- Interfaccia per misure di alta impedenza con Arta Limp. Serve per determinare il comportamento di una impedenza nel dominio della frequenza con misure del modulo dell'impedenza e la fase.
- Decade resistiva. Serve per realizzare vari apparati, soprattutto in fase di verifica della polarizzazione di valvole e transistor. Una volta individuata per tentativi la resistenza che ci occorre si rimpiazza la decade resistiva con una resistenza del valore adatto.

Strumenti facoltativi che è possibile autocostruire

Si tratta di strumenti non essenziali, che hanno un utilizzo sporadico e possono essere rimpiazzati in altro modo.
Facoltativi non significa inutili.
Se avete disponibilità economiche o ve li trovate di fronte in una bancarella in un mercatino dell'elettronica a basso prezzo non esitate a portarli nel vostro laboratorio.
Ci sono cose che servono più di rado ma averle è sempre bene.

- Decade Capacitiva. Ha la stessa funzione della decade resistiva, si tratta di uno strumento che sostituisce un condensatore che vogliamo determinare sperimentalmente.
- Decade Induttiva. Ha la stessa funzione della decade resistiva, si tratta di uno strumento che sostituisce un induttore che vogliamo determinare sperimentalmente.
- Sonda Raddrizzatrice.

Cavi e morsetti

- Cavi di collegamento per gli alimentatori terminanti con spina a banana e all'estremità opposta pinzetta a coccodrillo. Anche questi particolari hanno la loro importanza, occorre prestare attenzione alla loro realizzazione.
- Cavetti e ponticelli terminanti con pinze a coccodrillo. Ne occorrono di diverse misure.
- Cavi, terminatori e raccordi BNC per il collegamento degli stumenti di misura.

Computer

- Utilizzo del computer in laboratorio di misure elettroniche. E' indispensabile per varie funzioni, sia di misura che di reperimento della manualistica dei vari componenti e schemi su internet che di documentazione del lavoro svolto. Ci sono diversi modelli fissi o portatili e il costo è abbastanza contenuto, specie se ci si rivolge al mercato dell'usato. La potenza è un parametro rilevante qualora lo si utilizzi in progetti che prevedono la manipolazione di file audio video (ad esempio a fini di documentazione dei lavori svolti).

Di seguito una lista degli impieghi a cui lo adibisco (che in parte esulano dal mero impiego come strumento):

• Eseguire misure con un oscilloscopio digitale collegato al computer

• Eseguire delle misure utilizzando una scheda audio esterna USB (questo per precauzione, potrei utilizzare la scheda audio interna, in caso di rottura della stessa per una manovra errata dovrei riparare il computer).
  Con la scheda audio si possono utilizzare software come Arta Limp per eseguire misure di impedenza o Visual Analyzer per simulare un oscilloscopio e analizzatore di spetto audio.
  Ricordiamo che le schede audio hanno una risoluzione minima di 16 bit (in genere 24 bit), quindi avremo delle misure più precise che con un oscilloscopio digitale che ha una risoluzione di 8-12bit.

• Consultare i datasheet che mi interessano e archiviarli per successive consultazioni.

• Tenere un magazzino di tutti i componenti che ho a disposizione e la loro collocazione.
  Quando si hanno centinaia o migliaia di componenti è comodo.

• Documentare i progetti che realizzo.
  Serve quando dopo anni li devo riparare o per insegnare ad altri come ho eseguito gli stessi.

In genere utilizzo un computer portatile che mi permette di effettuare misure anche in posti diversi dal mio laboratorio e quando viene alimentato dalle batterie è isolato galvanicamente dalla rete elettrica (risparmio un trasformatore di isolamento).
Per l'utilizzo in laboratorio per mia comodità, collego monitor, tastiera e mouse esterni.
Inoltre un portatile ha un consumo ridotto ed è poco ingombrante.
Con una aggiunta di un oscilloscopio USB (alimentato dal computer) o di una scheda audio esterna è possibile realizzare un piccolo laboratorio portatile.

Alimentatori

- Alimentatore da laboratorio. Ne occorrono diversi, meglio se variabili e con la possibilità della regolazione fine della limitazione di corrente. - Alimentatore da laboratorio. Messa a punto di un alimentatore PS-305D 0-30V 0-5A.
- Alimentatore per alta tensione. Se lavoriamo con le valvole termoioniche è praticamente indispensabile per eseguire dei test e sviluppare dei prototipi. Il costo di questo tipo di alimentatori è normalmente alto. Nulla ci vieta di autocostruirlo, tuttavia quelli commerciali stabilizzati sono di gran lunga da preferire fornendo una tensione variabile e stabilizzata.
- Variac. Occorre per alimentare apparati che lavorano a tensioni diverse da quella di rete e per riattivare vecchi apparati che necessitano di un soft-start. E' possibile utilizzare il variac per ottenere tensioni variabili da zero a valori molto alti, collegando un trasformatore innalzatore di tensione.

Strumenti per saldatura

- Saldatore termostatato. Indispensabile per lavorare con componenti sensibili alla temperatura, anche smd.
- Saldatore di grossa potenza. Indispensabile per saldare componenti con una notevole dispersione di calore, grossi fili e piattine, masse, ecc.
- Dissaldatore o Succhiastagno. Utile per dissaldare componenti su circuito stampato.

Attrezzatura varia non elettronica

Quando dovrete smontare un qualsiasi amplificatore per fare delle riparazioni o una radio vi accorgerete sempre che chi l'ha costruito ha utilizzato delle viti che si svitano con l'unica chiave o cacciavite che non possedete!
E questo accadrà molto più spesso di quello che potete immaginare.
Per esorcizzare questa paura in un qualsiasi laboratorio potete trovare tutte le chiavi e i cacciaviti che la fantasia e l'impegno economico di chi ci lavora ha permesso.
Di seguito una lista di tutto quello che non può mancare.

1. Set cacciaviti a taglio

2. Set cacciaviti a croce

3. Set cacciaviti a brugola o altro tipo di chiavi a brugola

4. Set cacciaviti torx

5. Pinze a becco piatto

6. Pinze punta curva

7. Tronchesine

8. Trapano da circuito stampato

9. Trapano a colonna

10. Trapano elettrico a mano

11. Trapano/fresa tipo "dremel" con accessori

12. Martello di gomma di misura piccola

13. Martello di gomma di misura media

14. Martello di ferro da 100 grammi

15. Martello di ferro da 200 grammi

16. Bulino di misura media

17. Piegareofori per componenti

18. Un pennello di media misura di buona qualità per spolverare

19. Un avvitatore elettrico completo di inserti

20. Una grossa lente di ingrandimento in vetro

21. Una collezione completa di punte da trapano per ferro

22. Una serie completa di punte da legno

23. Una serie di frese al diamante

24. Una pistola per colla a caldo completa di colla

25. Pinza spela fili automatica

In verità nel mio laboratorio c'è molto altro ma penso che l'elenco precedente per iniziare possa bastare.

Prodotti vari, lubrificanti, solventi ecc

Spray pulisci contatti Lubrificante Solvente (per pulire i circuiti stampati dalla pasta salda dopo aver eseguito le saldature). Va bene l'acetone e la trielina. Carta abrasiva a grana fine (serve per pulire i circuiti stampati e le basette millefori per prepararli alla saldatura) Pasta Salda (flussante) Stagno per saldature (banale ma essenziale) Sia il lubrificante che il pulisci contatti sono due spray di ampio uso per le parti meccaniche (l'olio) e per pulire i contatti (il pulisci contatti secco).

Magazzino: Componenti di uso comune e cassettiere

Occorre predisporre un magazzino per stoccare i componenti di uso più comune che è comodo avere a portata di mano.
I componenti vanno dalle serie di resistenze a quelle di condensatori ai semiconduttori di uso frequente.

- Cassettiere porta minuterie di diverse misure
- Organizzatore porta minuterie con compartimenti
- Componenti di uso comune. E' inutile comprare troppi componenti, molti rimarrebbero inutilizzati. E' invece fondamentale dotarsi di quei componenti di uso generico che servono sempre, come condensatori e resistenze di vari valori. Poi vi sono dei componenti a cui ognuno di noi si è affezionato, che quindi per noi anche se rari sono di uso comune.

Documentazione dei lavori eseguiti

Un hobbista che si rispetti documenta sempre i propri lavori, allo scopo di divulgarli o semplicemente per lasciare traccia di quanto si è fatto, preventivando di dover ripetere il lavoro o mettervi mano a distanza di tempo.
Allo scopo occorre una buona macchina fotografica, adatta soprattutto per la macrofotografia e qualche conoscenza di fotografia.
Niente di particolarmente complesso ma neanche banale.
Una buona fotografia può essere fatta anche per caso, tante foto di buona qualità non vengono per caso.

- Macchina fotografica. Apparecchio di fascia medio-bassa caratterizzato da ottime caratteristiche di messa a fuoco sulle brevi distanze, zoom e possibilità di regolazione manuale di tempi e diaframmi e autoscatto (unitamente al cavalletto serve per eliminare le vibrazioni ed evitare le foto mosse). Vanno bene tutte le macchine fotografiche dotate di queste caratteristiche.
- Set per illuminazione. Assolutamente indispensabile per ottenere la corretta illuminazione del circuito o del componente da fotografare. Si tratta di un set fotografico completamente auto costruito con un po' di legno e pezzi di recupero, con modica spesa.