5 strumenti essenziali per un laboratorio di elettronica

Alimentatore DC

Ogni dispositivo elettronico richiede energia. Gli alimentatori da banco sono importanti per l'intero ciclo di test - dalla prima accensione alla verifica finale. Durante la fase di accensione, le loro protezioni di corrente e tensione possono salvare un circuito difettoso. Durante il debug, le loro funzionalità di registrazione dei dati o di carico elettronico possono aiutare a risolvere problemi legati all'alimentazione. Infine, la loro interfaccia di programmazione remota velocizza l'esecuzione di test automatizzatidurante la verifica finale e il collaudo in produzione.

Gli alimentatori DC disponibili sul mercato sono molti e la scelta può risultare difficile. Fortunatamente, esistono solo due tipologie di alimentatori di base: lineare e a commutazione. Questi due tipi si differenziano per il modo in cui regolano la loro uscita.

Gli alimentatori lineari sono la sorgente di energia a basso rumore per eccellenza, ma il loro rendimento di conversione è relativamente modesto. Sono anche un po' pesanti. (suggerimento: se si prende in mano l'alimentatore e questo risulta "pesante", probabilmente è lineare!) D'altra parte, gli alimentatori a commutazione hanno un'ondulazione residua (ripple) leggermente superiore, ma sono molto più facili da spostare in laboratorio.

Un moderno alimentatore a commutazione è la scelta migliore per la maggior parte delle applicazioni, in quanto offre la combinazione ideale di potenza d'uscita totale, peso (facilità di spostamento) e costo. Tuttavia, alcune applicazioni con requisiti di rumore di ondulazione molto spinti possono richiedere l'utilizzo di un alimentatore lineare.

Le specifiche di un alimentatore da banco indicano la potenza massima disponibile in uscita. Se l'alimentatore ha più canali, è probabile che il massimo si riferisca alla combinazione di più canali. Ad esempio, il modello a un canale R&S®NGL200 ha una potenza massima di 60 W, mentre il modello a due canali ha una potenza massima di 120 W, ma è necessario combinare i due canali in serie o in parallelo.

I moderni alimentatori offrono molte funzionalità avanzate al di là dei semplici controlli di tensione e corrente. Ad esempio, le "linee di rilevamento" sono linee ad alta impedenza che si collegano al carico. Consentono all'alimentatore di compensare le perdite resistive dovute ai cavi di alimentazione. Inoltre, la registrazione dei dati consente di effettuare un campionamento relativamente ad alta velocità dei valori di tensione e corrente erogata, salvandoli direttamente su un'unità USB per la successiva analisi. Alcuni alimentatori possono anche funzionare come carico elettronico, una soluzione perfetta per simulare la carica e la scarica della batteria di un dispositivo IoT.

Multimetro digitale

Il multimetro digitale è noto anche come tester o DMM (Digital MultiMeter). Un nome più antico è voltohmetro, che di solito si riferisce a un misuratore di tipo analogico. Come suggerisce il nome "multimetro", lo strumento è in grado di misurare molteplici proprietà elettriche, come la tensione AC/DC, la corrente AC/DC, la resistenza, la tensione di polarizzazione diretta dei diodi e la capacità. I risultati vengono comunemente forniti come valore istantaneo su un display numerico. Tuttavia, alcuni tester possono anche fornire informazioni statistiche su una serie di misure. Va notato che, sebbene i multimetri siano in grado di eseguire più misure di diverso tipo, in genere possono eseguire solo un tipo di misura alla volta.

Le specifiche del multimetro digitale includono precisione e accuratezza. La precisione indica quali intervalli di valori possono essere visualizzati per le misure. L'accuratezza varia a seconda delle funzioni e degli intervalli di misura.

Alcuni alimentatori in corrente continua integrano anche dei misuratori di tensione e corrente molto accurati, che combinano le funzionalità di un alimentatore e di un multimetro digitale. Ad esempio, il modello R&S®NGL200 è un alimentatore a due canali con un misuratore digitale da 6 1/2 cifre per tensione, potenza e corrente.

Oscilloscopio e generatore di forme d'onda arbitrarie

Un oscilloscopio misura la tensione nel tempo e ne visualizza la traccia come forma d'onda. Gli oscilloscopi rilevano solo la tensione, ma con le opportune sonde possono misurare anche altre grandezze.

Gli oscilloscopi possono essere analogici o digitali, a seconda di come viene acquisita la forma d'onda. Il primo esempio di trigger digitale dell'oscilloscopio è stato brevettato da Rohde & Schwarz e oggi quasi tutti gli oscilloscopi utilizzano il trigger digitale e un convertitore digitale-analogico per acquisire i dati delle forme d'onda.

Una volta acquisita una forma d'onda, gli oscilloscopi hanno ampie capacità di misura e analisi. Ad esempio, le misure di tensione possono includere valori da picco a picco, valore massimo e valore base, oltre al valore efficace (RMS). Gli oscilloscopi possono anche misurare più parametri di un segnale contemporaneamente.

Gli oscilloscopi hanno generalmente almeno 2 - e più comunemente 4 - canali di ingresso. Questi canali consentono di acquisire simultaneamente i segnali e di visualizzarli correlati nel tempo (o nella fase).

Nel corso del tempo, gli oscilloscopi hanno introdotto caratteristiche che consentono loro di sostituire altri strumenti di misura elettronici. Ad esempio, tutti gli oscilloscopi Rohde & Schwarz dispongono di 8 o 16 canali logici digitali, che spesso possono sostituire un analizzatore logico tradizionale. Alcuni oscilloscopi, come alcuni modelli della famiglia R&S®RTH1000, integrano persino un multimetro digitale completo.

I tecnici elettronici utilizzano comunemente insieme agli oscilloscopi anche dei generatori di forme d'onda arbitrarie (AWG) o generatori di funzioni. Molti oscilloscopi moderni offrono un generatore di forme d'onda integrato, che può sostituire molti generatori di funzioni indipendenti. Queste combinazioni oscilloscopio-AWG possono utilizzare il software integrato per eseguire misure molto importanti e visualizzare i risultati sotto forma di grafici, come i diagrammi di Bode!

La funzione FFT converte una forma d'onda acquisita in una visualizzazione nel dominio della frequenza. Alcuni oscilloscopi dispongono di funzioni di calcolo della FFT accelerate via hardware, che permettono di raggiungere prestazioni simili a quelle di un analizzatore di spettro in tempo reale autonomo.

Analizzatore di spettro

Gli analizzatori di spettro misurano il contenuto in frequenza di un segnale. L'ampiezza è riportata sull'asse x e la frequenza sull'asse y. I picchi identificano le componenti di frequenza. Inoltre, alcuni analizzatori di spettro offrono una visualizzazione dello spettrogramma per vedere per quanto tempo un segnale occupa le diverse porzioni dello spettro di frequenze.

Il tipico analizzatore di spettro funziona secondo il principio della scansione (sweeping)basato sul ricevitore supereterodina. Il sistema trasla la frequenza centrale lungo un determinato intervallo di scansione, effettuando una conversione di frequenza verso il basso di piccole porzioni del segnale di ingresso, un'unità di frequenza alla volta. I vantaggi degli analizzatori di spettro a scansione sono l'elevata gamma di frequenze, l'elevata sensibilità e il rumore di fondo estremamente basso.

Gli analizzatori di spettro sono anche in grado di eseguire misure automatizzate oltre che di visualizzare il contenuto in frequenza di un segnale. Ad esempio, possono misurare la potenza nel canale, la larghezza di banda occupata, la distorsione armonica, la profondità di modulazione AM e l'intercetta del terzo ordine (TOI).

Alcuni strumenti, come il modello R&S®FPC1500, includono un generatore di segnali che può creare un segnale a onda continua (CW) su tutta la gamma di frequenze dell'analizzatore. Ad esempio, l'analizzatore R&S®FPC può emettere segnali fino a 3 GHz. In alternativa, il generatore può seguire la frequenza di scansione dell'analizzatore. Questa combinazione con il generatore di tracking aiuta a misurare la funzione di trasferimento di un dispositivo o, con un offset, di un mixer.

Strumenti per applicazioni specifiche

Infine, potreste desiderare alcuni strumenti essenziali più specifici per la vostra applicazione. Ad esempio, per caratterizzare i componenti passivi, si può utilizzare un misuratore LCR, talvolta chiamato "ponte LCR" o semplicemente "ponte". Questi strumenti misurano l'induttanza, la capacità e la resistenza a diverse frequenze e condizioni di polarizzazione in continua.

Gli analizzatori di reti vettoriali (VNA) sono un altro strumento di caratterizzazione in grado di ricavare i parametri S di componenti quali cavi, tracce di circuiti stampati e amplificatori. I sensori di potenza, correlati ai VNA, misurano il livello di potenza di un segnale RF e forniscono un'uscita numerica.

Una rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea (LISN) collega il dispositivo in prova (DUT) con una sorgente di alimentazione in corrente alternata per effettuare i test EMC. Una rete LISN ha una porta di uscita che consente a un ricevitore EMC di misurare le emissioni condotte provenienti dal dispositivo in prova (DUT).

Gli analizzatori di potenza misurano il consumo di potenza dei carichi AC/DC. Analizzatori come il modello R&S®HMC8015 sono strumenti all-in-one che semplificano la caratterizzazione dei diversi stati di alimentazione, l'analisi armonica e altri comportamenti durante l'accensione di un dispositivo elettronico.

Formato e classe

Tutti gli strumenti qui elencati sono disponibili in più formati e sono disponibili in diverse classi. I formati sono quelli tipici degli strumenti da banco, portatili o montati su rack. (in generale, la maggior parte degli strumenti da banco dispongono di un kit per il montaggio su rack)

Gli strumenti tendono a essere raggruppati in diverse classi in base alle specifiche delle prestazionio alle loro caratteristiche funzionali. Sebbene tutti gli strumenti di una classe eseguano le stesse misure essenziali, le capacità richieste possono variare a seconda dell'applicazione. Ad esempio, gli oscilloscopi tendono a essere raggruppati in base alle loro gamme di larghezza di banda, e per la vostra applicazione potrebbe essere necessaria una particolare larghezza di banda.