Quiconque s’occupe d’électronique pour des raisons professionnelles ou privées découvrira bientôt que la table de cuisine à la maison ou un poste de travail standard au bureau ne sont pas des endroits appropriés pour travailler avec des appareils électroniques. Outre les circuits proprement dits, divers outils et instruments de mesure doivent être mis en place et utilisés. Un lieu de travail fixe avec des instruments de mesure installés de façon permanente est plus pratique et plus sûr pour ce travail.
Mais qu’est-ce qu’il faut faire sur un tel lieu de travail ? Comment choisir le bon équipement ? Comment créer un lieu de travail ? Ces questions trouveront une réponse dans l’article suivant.
Sécurité électrique
“La sécurité d’abord” est la priorité absolue en matière de manipulation de l’électricité. Lors de l’installation d’un poste de travail électronique, cela signifie que l’installation électrique est conforme à la réglementation allemande en vigueur en matière d’installation. Un disjoncteur différentiel de 10 mA (RCD) est absolument nécessaire.
Une attention particulière doit être accordée à la mise à la terre (PE) conformément aux normes. C’est important à deux égards. Premièrement, c’est une question de vie ou de mort pour l’ingénieur en électronique et deuxièmement, une bonne mise à la terre est essentielle pour maintenir les charges électrostatiques loin des composants électroniques sensibles.
Dans les laboratoires d’électronique de l’industrie, il existe des réseaux de mise à la terre séparés pour la protection contre les décharges électrostatiques, car dans les installations industrielles, le conducteur de protection est un facteur essentiel de sécurité et est littéralement constamment sous tension. Cela est principalement dû aux convertisseurs de fréquence et aux alimentations à découpage, qui déchargent leurs courants de fuite des filtres CEM via le conducteur de protection.
Voici un exemple pratique tiré de la vie professionnelle quotidienne : dans un centre informatique (environ 800 serveurs), j’avais mesuré un courant de fuite de plus de 30A lors du contrôle de l’installation électrique. Si vous connectez un poste de travail électronique à un tel conducteur de protection, la protection personnelle n’est pas mise en danger, mais toutes les mesures DES sont invalides.
Equipement des postes de travail (table, prises, etc.)
Un lieu de travail est avant tout une table. Cela devrait permettre de travailler de manière détendue et sans fatigue. La surface de la table doit être de 90×200 cm afin que les appareils de mesure puissent y être placés et qu’il y ait encore assez de place pour bouger pour travailler. Un espace de rangement sous forme de tiroirs est également nécessaire.
Idéalement, les instruments de mesure devraient être placés sur une étagère au-dessus du plan de travail. Cette étagère doit être solidement reliée à la table. Dans un environnement privé, la table sera certainement entièrement faite de bois. Cela signifie que des éléments supplémentaires sont nécessaires pour les mesures de protection de DES, dont nous parlerons plus loin.
Dans un environnement professionnel, vous trouverez des tables qui reposent sur un cadre métallique et dont le plan de travail est en bois. Mais ce bois est laminé avec une feuille de cuivre. La construction métallique de la table est directement reliée au conducteur de protection ou au réseau DES séparé, tout comme la surface de travail métallisée. Dans le cas de composants électroniques particulièrement sensibles, même la peinture sur la construction métallique est conductrice d’électricité. À cette fin, du graphite est ajouté aux peintures en poudre afin d’obtenir une surface conductrice lors du revêtement par poudre.
Une brève excursion dans le passé : mon premier lieu de travail dans les années 70 dans un laboratoire d’électronique (le laboratoire de technologie magnétique de BASF) a été renforcé par un faisceau en double T de 120 mm. On y trouvait des instruments de mesure dans des boîtiers en tôle d’acier, chacun pesant entre 50 et 100 kg. Pour mes collègues et moi-même, le fabricant des instruments de mesure portait le surnom “Rusty & Heavy”, dérivé du logo de la société. Les lecteurs plus âgés sauront de quelle entreprise je parle. Parce qu’ils existent encore aujourd’hui. C’est beaucoup plus facile aujourd’hui, dans le vrai sens du terme.
Il doit y avoir un nombre suffisant de prises de courant sur la table, toutes pouvant être coupées par un interrupteur d’urgence. Idéalement, les prises doivent être situées dans un conduit de câbles fermement relié au poste de travail. Les prises multiples sont un “no go” absolu, même dans les environnements privés.
Analogique contre numérique
Dans le passé, tout ce que l’on pouvait acheter en instruments de mesure était analogique. La question ne s’est donc pas posée : est-ce que j’utilise un instrument de mesure analogique ou un instrument de mesure numérique ? Les instruments de mesure numériques sont toujours justifiés lorsque des mesures précises des valeurs sont nécessaires. Les instruments de mesure analogiques sont supérieurs aux instruments numériques, par exemple pour les travaux de réglage. Le “remuement” d’un écran numérique peut être assez ennuyeux pendant l’ajustement, car il est difficile de reconnaître une tendance : La valeur augmente-t-elle ou diminue-t-elle ? Un instrument à pointeur analogique est beaucoup plus facile à lire. Le mouvement d’un pointeur est plus facile à reconnaître pour l’œil humain que les valeurs numériques en constante évolution. Dans la description des instruments, j’aborderai ce sujet plus en détail.
Ce qu’il faut sur la table de travail
Je répondrai à la question ci-dessus par une liste d’appareils. À mon avis, les appareils énumérés ci-dessous appartiennent à un poste de travail électronique normalement équipé.
Liste des appareils
- Oscilloscope
- Bloc d’alimentation de laboratoire
- Générateur de fonctions
- Multimètre
- Testeur de composants pour semi-conducteurs
- Compteur LCR
- Transformateur à isolation variable
- Station de soudage
- Tapis de travail DES
- Boîte à outils DES
Les appareils spéciaux tels qu’un analyseur de spectre ou un appareil de mesure de la CEM sont plutôt inutiles pour une utilisation quotidienne normale.
Quel appareil peut faire quoi ? Quels sont les critères permettant de trouver le bon appareil ?
La liste des appareils est assez longue et il n’est pas facile de trouver le bon appareil pour votre propre lieu de travail. Pour une première orientation, il y a trois critères qui devraient être clarifiés :
- Exigences techniques résultant de la tâche
- Budget
- Conditions spatiales
Ces trois critères fournissent un cadre approximatif. Afin de sélectionner et d’acheter l’appareil le plus approprié pour votre propre usage, vous devez adopter une approche spécifique à l’appareil. Je vais donc examiner de plus près chaque dispositif et vous donner quelques conseils pour prendre des décisions.
Oscilloscope à mémoire numérique
Les premiers appareils de type oscilloscope sont apparus dans les années 1930. Ils n’étaient pas calibrés et étaient surtout utilisés pour afficher des courbes de tension. Ils ont été principalement utilisés dans la nouvelle technologie radar. Le premier oscilloscope similaire à ceux utilisés aujourd’hui a été introduit par Tektronix en 1946. Il a été baptisé “Modèle 511”.
Quels sont les critères de sélection d’un oscilloscope ?
- Largeur de bande ou fréquence la plus large possible pouvant encore être affichée
- Catégorie CAT : I, II, III ou IV
- Nombre de canaux de mesure requis
- Accessoires fournis
La première chose à faire est de décider dans quelle gamme de fréquences vous voulez travailler avec l’oscilloscope. Il est logique de commencer avec une largeur de bande de 20 MHz. Il ne faut pas aller en dessous. Il existe aujourd’hui dans la classe professionnelle des appareils qui vont bien au-delà de 1 GHz. Les bandes passantes inférieures ne sont pas raisonnables et donnent généralement des résultats de mesure inexacts et mauvais. Les solutions basées sur les cartes son des PC ou sur le µController sont pour la plupart plutôt inutiles pour un usage quotidien.
Avec les oscilloscopes numériques, le taux d’échantillonnage est un critère de qualité supplémentaire. Plus le taux d’échantillonnage est élevé, plus le résultat de la mesure numérique est précis. La fréquence d’échantillonnage doit être au moins un facteur 5 (critère de Nyquist) supérieur à la largeur de bande de l’instrument. En effet, contrairement aux appareils analogiques qui affichent un signal en continu, un oscilloscope numérique peut ne même pas capter les signaux rapides qui se produisent pendant les pauses d’échantillonnage. C’est un problème majeur, en particulier pour les appareils peu coûteux avec un faible taux d’échantillonnage. Il peut arriver ici qu’un signal ne puisse pas être mesuré bien qu’il soit présent.
Catégories de mesure du CAT
Un autre point important est la classification et l’approbation de l’oscilloscope selon les catégories de mesure du CAT. Ces catégories déterminent l’environnement dans lequel un instrument de mesure peut être utilisé. Il y en a quatre, qui s’appliquent également à tous les autres instruments de mesure :
CAT I : Mesures sur des circuits qui n’ont pas de connexion directe au réseau (fonctionnant sur batterie), par exemple les appareils de la classe de protection 3 (fonctionnement avec une basse tension de protection), les appareils fonctionnant sur batterie, l’électricité conventionnelle des voitures.
CAT II : Mesures sur des circuits qui ont une connexion directe au réseau basse tension au moyen de fiches, par exemple les appareils ménagers, les appareils électriques portables.
CAT III : Mesures au sein de l’installation du bâtiment (consommateurs fixes avec raccordement non enfichable, raccordement au distributeur, appareils installés de façon permanente dans le distributeur), par exemple sous-distribution.
CAT IV : Mesures à la source de l’installation basse tension (compteur, connexion principale, protection primaire contre les surintensités), par exemple compteur, ligne aérienne basse tension, boîte de jonction de la maison.
Source: https://de.wikipedia.org/wiki/Messkategorie
Les bons oscilloscopes ont au moins la CAT II avec une tension limite supérieure de 300 V ou plus. Un oscilloscope doit avoir au moins deux amplificateurs d’entrée et être capable d’afficher deux signaux simultanément. Les instruments de la classe professionnelle ont jusqu’à quatre canaux qui peuvent être affichés simultanément. Les sondes des canaux d’entrée doivent correspondre à la catégorie de mesure de l’oscilloscope. Comme les sondes sont généralement livrées avec l’oscilloscope, c’est généralement le cas. Néanmoins, vous devez toujours être attentif et regarder attentivement.Encore une remarque de sécurité : ne jamais mesurer avec un oscilloscope directement à la tension du secteur si l’instrument n’est pas connecté à un transformateur d’isolement. Cela détruira l’oscilloscope et mettra la vie du technicien en danger.
Recommandations de produits :
Digital: RTB 24-70
Bloc d’alimentation de laboratoire
Aujourd’hui, les alimentations de laboratoire peuvent être divisées en deux classes de technologie :
- Dispositifs classiques à longueur réglementée
- Dispositifs à impulsions avec convertisseurs de retour de flamme
Les appareils cadencés ne chauffent pas autant et il existe des appareils avec des courants de sortie plus élevés, ce qui est un avantage lorsqu’on travaille sur des circuits d’électronique de puissance. Aujourd’hui, les versions à deux canaux sont la norme pour ces appareils. Ces appareils peuvent également être connectés en parallèle ou en série. Seule la qualité de la tension de sortie n’est pas aussi bonne que celle des appareils régulés en série.
La plage de tension de sortie des appareils standard va généralement de 0 à 30 V. Cela est suffisant pour la routine normale de laboratoire. Si des tensions plus élevées sont nécessaires, des dispositifs spéciaux doivent être utilisés.
Une autre fonction importante est le courant de sortie réglable. Les bonnes alimentations de laboratoire peuvent également être utilisées comme source de courant constant.
Si vous travaillez beaucoup avec des amplificateurs et de l’électronique audio et vidéo, une alimentation de laboratoire à régulation longitudinale est préférable à la version cadencée. Si vous avez besoin de beaucoup de puissance, la version cadencée est le bon choix. Après un certain temps, les deux versions seront probablement disponibles sur le marché.
Recommandations de produits :
Petit, compact : PEAKTECH 6226
De grands canaux multiples : GPP-4323
Générateur de fonctions
Sinus, rectangle, triangle – ce sont les formes de signaux que vous devez traiter dans le travail quotidien de laboratoire. Dans le passé, ces signaux étaient générés sous forme analogique, mais aujourd’hui, ce sont les processeurs de signaux numériques des générateurs de signaux DDS qui font le travail. La qualité des signaux générés est excellente et rend les prédécesseurs analogiques sans emploi.
Il existe également des limites supérieures de bande passante pour les générateurs de fonctions. Les appareils qui peuvent générer des signaux jusqu’à 5 MHz sont un bon standard. Mais ici, tout comme pour les oscilloscopes, la règle est la suivante : plus c’est haut, mieux c’est.Même les simples générateurs DDS peuvent faire plus aujourd’hui que leurs prédécesseurs analogiques.
- AM standard
- FM
- PM
- FSK
- SOMME
- Balayage
- Compteur de salves et de fréquences
Deux canaux ne sont pas nécessairement indispensables, mais si l’appareil les apporte, ce n’est pas un inconvénient. En termes de qualité, les générateurs DDS autonomes sont toujours de bonne qualité. Les solutions PC ne sont pas recommandées.
Recommandations de produits :
JOY-IT PSG9080
Multimètre analogique et numérique
En fait, la question “analogique ou numérique” ne se pose pas ici. Vous avez besoin de ces deux types d’équipement sur la paillasse du laboratoire. Les multimètres numériques sont indispensables en raison de leur précision de lecture et les multimètres analogiques en raison de leur pointeur, qui est supérieur à l’affichage numérique lors du réglage des filtres et autres circuits. L’affichage en bargraph de certains multimètres numériques ne peut pas remplacer un pointeur de mesure.La catégorie de mesure est importante lors de la sélection d’un multimètre. La CAT III et la tension de mesure maximale de 600 V constituent la limite inférieure. Tout ce qui se trouve en dessous ne convient pas pour le poste de travail du laboratoire.
Une échelle à miroir pour améliorer la précision de lecture est aujourd’hui la norme dans les multimètres analogiques. Vous ne devez rien utiliser d’autre. Avec les multimètres numériques, le nombre de chiffres affichés est important. Il devrait être au moins de quatre, plus il y en a, mieux c’est, mais aussi plus cher.
Recommandations de produits :
Analogue : PEAKTECH 3201
Numérique : FLUKE 179
Testeur de composants pour semi-conducteurs
Lors de la réparation d’appareils électroniques ou de la sélection de composants, un testeur spécialisé dans les semi-conducteurs est indispensable.
Le “Tektronix Curve Tracer 576” et ses successeurs étaient légendaires dans cette catégorie d’instruments de mesure. Ce colosse de 31 kg était capable de mesurer tous les composants disponibles à l’époque. Il pourrait même dessiner un ensemble de caractéristiques sur l’écran de l’oscilloscope. Les appareils en fonctionnement sont encore commercialisés aujourd’hui dans la gamme à quatre chiffres. Les testeurs de composants actuels sont beaucoup plus petits et plus maniables.Certaines choses peuvent être mesurées avec le multimètre, mais si vous devez mesurer un transistor Mos-Fet, par exemple, cela n’est plus possible avec le multimètre. Les testeurs de composants spécialisés dans les semi-conducteurs fournissent non seulement des informations sur le fonctionnement du composant, mais aussi sur le type de composant et ses chiffres clés. Si vous devez sélectionner des composants ayant les mêmes caractéristiques, par exemple, cela n’est pas possible sans un testeur de composants.
Recommandations de produits :
JOY-IT LCR-T7
Compteur LCR
L=inductance (bobines), C=capacité (condensateur), R=résistance. Un compteur LCR est un outil indispensable pour vérifier ces composants passifs. Un multimètre est plutôt un “fer à repasser” pour cette tâche. Un compteur LCR est supérieur à un multimètre en termes de précision et d’exactitude. En outre, de bons compteurs LCR peuvent fournir des informations supplémentaires sur le composant à mesurer. Dans le cas des condensateurs, par exemple, ils fournissent des informations sur la valeur ESR importante, ou dans le cas des bobines, sur leur qualité. Comme les exigences en matière de précision sont très élevées, le compteur LCR est l’instrument de mesure le plus cher sur la paillasse du laboratoire après l’oscilloscope.
Recommandations de produits :
Tabletop : LCR-6002
Portable : PEAKTECH 2170
Transformateur à isolation variable
Le transformateur d’isolement variable est utilisé lorsqu’un appareil doit être mis en marche pour la première fois ou en cas de défaut. Avec le transformateur d’isolement variable, un appareil peut être soigneusement mis sous tension sans qu’il ne commence immédiatement à fumer.
L’isolation galvanique du réseau vous permet de travailler en toute sécurité sur un appareil qui est sous tension. Ces appareils se caractérisent par une prise de courant mise à la terre sans contact de protection. Cela est nécessaire pour assurer une séparation galvanique à 100 %. La sortie d’un transformateur d’isolement de régulation ne doit pas être mise à la terre. De même, aucune autre mesure de protection telle que le RCD (FI) ne peut être connectée en aval. Ils ne fonctionneraient pas et violeraient la réglementation DIN selon laquelle aucune seconde mesure de protection ne peut être connectée à un transformateur à isolement variable.
Un transformateur à isolation variable doit avoir une capacité d’environ 1 kW. Cela suffit pour le travail quotidien en laboratoire. Un appareil de mesure de la tension et du courant devrait également être installé.
Le transformateur d’isolement variable sera la partie la plus lourde de la table de laboratoire et devra être placé sur la table dans une position facilement accessible. Pour des raisons de sécurité, il n’est pas recommandé de le placer dans un rack ou une étagère.
Recommandations de produits :
PEAKTECH 2235
Station de soudage
Depuis juillet 2006, seules les soudures sans plomb peuvent être utilisées dans l’UE. Les soudures de remplacement sans plomb imposent des exigences accrues aux stations de soudage. L’époque des fers à souder non réglementés d’une puissance inférieure à 50 W au poste de travail électronique est donc révolue. Des températures plus élevées doivent être maintenues avec plus de précision afin d’obtenir un joint soudé fonctionnel. Cela nécessite surtout une puissance électrique plus élevée dans le fer à souder. 80 W-150 W sont nécessaires aujourd’hui pour atteindre et maintenir les températures de travail du joint soudé. Afin de maintenir la température de soudure avec précision, un contrôle électronique est nécessaire. Ces exigences sont facilement satisfaites par les stations de soudage modernes.
Recommandations de produits :
WELLER WT1010H
Protection de DES
Il y a eu des moments dans l’histoire de l’électronique où la protection de DES n’était pas un problème. DES signifie décharge électrostatique (en anglais, ESD pour electrostatic discharge). Les tubes, les relais ou les sélecteurs mécaniques étaient absolument insensibles aux décharges électrostatiques. Avec l’avènement des semi-conducteurs dans les années 50 du siècle dernier, le sujet a pris de plus en plus d’importance. Aujourd’hui, la protection DES est obligatoire sur tous les postes de travail électroniques. Travailler sur des assemblages électroniques sans mesures de protection efficaces contre le “flash ESD” est une grave négligence. Heureusement, cela a été rapidement reconnu et des produits ont été mis sur le marché qui apportent une aide efficace contre les décharges électrostatiques.
Tapis de travail DES
Si vous travaillez sur des composants sensibles à DES dans un environnement qui n’est pas conçu pour ce type de travail, vous pouvez utiliser un tapis de travail DES. Un tel tapis est relié par une fiche spéciale à une prise de courant mise à la terre afin de maintenir un contact sûr avec la terre de protection. Les décharges électrostatiques sont évacuées par cette connexion. Le deuxième ustensile important est un bracelet pour le technicien, qui est relié au tapis de travail par un bouton poussoir. Dans la ligne d’alimentation, il y a une résistance avec moins de 1Mohm comme protection personnelle. Avec un tel équipement, il n’est pas difficile de travailler sur des assemblages sensibles à DES.
En plus de ce tapis de travail, il existe d’autres accessoires pour un lieu de travail sans danger pour DES. Cela est particulièrement important pour l’utilisation industrielle.
Recommandations de produits :
BERN 9 354 100
La gamme de matériel de mise à la terre DES est relativement complète.
Boîte à outils DES
Un lieu de travail protégé contre DES nécessite également les bons outils. Sinon, toutes les mesures de protection coûteuses de DES sont inutiles. L’outil utilisé sur un tel poste de travail doit également assurer la protection de DES. Il s’agit d’un maillon important de la chaîne de protection de DES.
Recommandations de produits :
WERA 05134019001
KN 00 20 18 ESD
Résumé
Ce sont mes conseils sur le lieu de travail électronique. Un dernier conseil à la fin : Lorsqu’un lieu de travail électronique est mis en place, vous investissez une somme importante, qu’il s’agisse d’un lieu privé ou professionnel. Outre la qualité et la précision, vous devez vous assurer qu’il existe un service local de réparation et d’étalonnage pour les équipements coûteux. Grâce à un entretien régulier et à la maintenance du matériel, vous en profiterez longtemps.
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