Realizzazione di circuiti “Manhattan style”

Oggi voglio condividere una tecnica di costruzione di prototipi di circuito elettronico chiamata “Manhattan style”.

Mi ha colpito perché riesce ad unire la semplicità di realizzazione (un circuito è fattibile con pochissimi mezzi) alla possibilità di realizzare circuiti che lavorano in alta frequenza / radiofrequenza, o circuiti a larga banda, quindi ad esempio applicazioni radio, fino alle VHF e oltre. Inoltre, per costruzione, un circuito così realizzato ha piste di lunghezza minima, permettendo l’erogazione di una discreta potenza.

In rete c’è una certa quantità di documentazione in merito.

Segnalo subito gli ottimi articoli di Chuck Adams K7QO:

e il video che forse per primo mi ha avvicinato a questa tecnica, di W2AEW: #122: Electronic Circuit Construction Techniques: review of some prototype circuit building methods, che passa in rassegna vari metodi di costruzione di prototipi.

Se capite l’inglese, potete tranquillamente saltare il resto di questo articolo e navigare partendo dai link sopra.

Il “Manhattan style”.

Concettualmente è molto semplice. Si parte da una basetta per circuiti stampati vergine a faccia singola e da dei frammenti di basetta a faccia singola di area piccola che chiamiamo “zolle”, ottenuti ad esempio con una roditrice, una tenaglia o una tagliatrice.

Dato lo schema elettrico, ciascun nodo della rete elettrica corrisponde ad una “zolla”. Supponiamo di voler fare un partitore resistivo, come illustrato qui:

 

Partitore resistivo con i nodi evidenziati e cerchiati in rosso.

Come si vede, si identifica con una lettera ciascun nodo della rete elettrica, che corrisponderà ad una zolla Manhattan. Da qui alla realizzazione non serve usare alcun CAD, bastano solo il cervello e un po’ di buona volontà.

La basetta e le zolle tagliate con una tenaglia da lamiera.

Posizionare le zolle nella basetta e incollarle secondo la logica dello schema elettrico. Nei riferimenti si dice di usare una “super glue”, io preferisco la colla a caldo perché con il semplice posizionamento del saldatore si fonde nuovamente e diventa riposizionabile. Il raffreddamento è immediato grazie al rame.

 

Mettere una goccia di colla fusa sulla zolla e attaccarla alla basetta.

 

Basetta con le zolle incollate. La superficie di base sarà per noi un ottimo piano di massa!

 

Ora, procediamo con la saldatura delle nostre resistenze di partitore. Il saldatore dovrà avere una discreta riserva di potenza, credo che 40W siano sufficienti nella gran parte dei casi. Sagomiamo le resistenze nel seguente modo:

 

…e procediamo con la saldatura. Si inizia stagnando la zolla e successivamente i componenti:

 

 

Schema elettrico implementato, corredato di scritte a penna indelebile. Il layout dei componenti riflette fedelmente lo schema elettrico ed è facile da interpretare e seguire!

Nello spazio libero disponibile sul piano di massa si possono aggiungere, con una penna indelebile, informazioni utili come ad esempio la lettera della zolla, il numero di componente, note, ecc…

In presenza di circuiti integrati?

Nel caso di circuiti integrati si possono sagomare zolle più complesse, aiutandosi con appositi strumenti da taglio.

Ad esempio è facile realizzare una zolla per ospitare uno zoccolo per IC con pedinatura DIP:

Base per socket DIP8 realizzata tagliando lo spezzone di basetta con un trapano ad alta velocità Proxxon.

Una simile zolla va sempre incollata sulla basetta ospitante, mentre si possono saldare i collegamenti ai pin dell’integrato nelle “isole” di rame scavate su di essa, come si vede nella foto. Con un trapano ad alta velocità e un minidisco da taglio per metalli si ottiene facilmente questo risultato, asportando solo lo strato di rame della basetta. La distanza tra le “isole” visibile in foto è certamente sufficiente per operare con tensioni fino all’ordine dei 100V.

Una tecnica alternativa per gli IC: la “Dead Bug Technique”, ovvero la tecnica dello scarafaggio morto.

Potrebbe risultare difficoltoso ricavare una zolla per il montaggio di uno zoccolo per IC. In questo caso, possiamo sempre ricorrere ad un metodo ancora più semplice, che va sotto il nome di “dead bug technique”.

Come suggerisce il nome, si tratta di posizionare e incollare il chip “capovolto”, sulla basetta, ricordandosi che la pedinatura ora risulterà specularmente invertita!

Il risultato non è elegante da vedere ma funziona, ed è duro da battere se c’è bisogno di sfruttare al massimo la banda passante del componente.

Il difetto maggiore della tecnica “Dead bug” che ho riscontrato è la relativa debolezza dei pin dell’integrato, per cui bisogna stare molto attenti quando si opera su di essi. Non è facile saldare componenti direttamente sui piedini, ma con l’esperienza il problema scompare. Un altro difetto è la scarsa manutenibilità della parte di circuito così realizzata. La zolla con il socket è un’alternativa decisamente migliore da questo punto di vista.

 

Vantaggi dell’approccio Manhattan.

L’approccio è molto semplice e diretto, e ha l’enorme pregio di mantenere facile lo sbroglio del circuito e vicini i componenti tra loro.

Inoltre, se non si devono gestire frequenze altissime (VHF), è possibile disporre i componenti discreti lasciando ampio spazio per applicare la sonda di un oscilloscopio ed avere anche un circuito facilissimo da debuggare.

Ultimo ma non ultimo, no necessità di CAD o altri sistemi, no sostanze chimiche, nulla: solo una basetta e degli utensili da taglio.

 

73 de IU3JSX Marco

 

 

Weller Bp865Ceu 6W-8W saldatore portatile a batterie

 

Ho acquistato questo saldatore portatile a batterie come ausilio per fare saldature a stagno in punti dove non arrivano né la 220V né la 12V DC e mi sto trovando bene, quindi ho deciso di condividere una piccola recensione.
Per la cronaca, a casa ho una stazione saldante Weller WSD-81 (per me un vero gioiello, non saprei che difetto trovarle) e un saldatore a stilo tipo JBC da 40W, che mi porto in giro, mentre avevo anche un saldatore da 12V con attacco accendisigari che però ho buttato perché si scaldava poco e lentamente. Odiavo il fatto che avesse un puntale pesante quasi come il JBC, ma che non si scaldava mai. Perché non fare un puntale leggero che a quel punto si sarebbe scaldato prima e meglio?
Questo Weller Bp865Ceu fa esattamente questo. Puntale di massa ridotta che quindi si scalda (e si raffredda) velocemente, arrivando in temperatura molto rapidamente. Con solo 6-8W di potenza un puntale leggero è una scelta obbligata che mi trova pienamente d’accordo.
Ho subito rimpiazzato il puntale conico con l’altro in dotazione, quello “a cacciavite”, per aumentare la superficie di contatto con le parti da saldare.
Finora problemi zero, funziona benissimo. Facile da impugnare, pesa più o meno come le 4 batterie AA montate, quindi più di uno stilo tradizionale, ma questo non compromette la saldatura.
L’ho usato in barca per una modifica a un circuito direttamente dentro la sua scatola in PVC e mi sono trovato benissimo, riuscendo a dissaldare un componente vicino al bordo scatola, senza toccarlo, e saldare il sostituto senza bruciare nulla. La punta sottile facilita molto il lavoro, e la potenza ridotta qui è anch’essa un vantaggio: aiuta a fondere solo la parte a contatto senza dissaldare componenti adiacenti. Il cappuccio permette di riporre il saldatore nella cassetta senza il rischio che si possa accendere. Ottimo. Ho tolto il JBC dalla cassetta degli attrezzi!

Come si vede nel video, in una decina di secondi inizia a fondere lo stagno 60-40 (per la precisione Sn60Pb38Cu2), che ha il punto di fusione a 188 gradi, e in un tempo analogo anche lo Sn99Ag0,3Cu0,7 – ma quest’ultimo ha un punto di fusione almeno 30° più alto.
Consiglio l’uso di stagno sottile (non più di 0.6mm) in quanto più preciso e dissipa meno calore. Come lega, per chi è alle prime armi forse è meglio stare sul il Sn60Pb40 o similare, che fonde prima delle varianti prive di piombo.

Se dovete saldare spesso parti in rame di grossa sezione, siano esse lamine o cavi e dovete farlo lontano dalla 220V, 8W non bastano: meglio un saldatore a gas, che però fatica a stare sotto i 500° e se lo usate su un PCB rischiate di bruciare i componenti o di staccare le piste di rame!
Se dovete fare saldature di componenti elettronici su PCB o comunque di cavi e componenti che non siano di potenza, come nel mio caso, è un prodotto molto soddisfacente.

 

73 de IU3JSX

Arduino Pro Mini clones 12V supply and 4B2X regulator

Yesterday I was working with a Chinese clone of Arduino Pro Mini, which I bought for less than 10€ at Amazon.

I needed to build a very low consumption device and after reading this article I found the Pro Mini to be perfectly suited for the purpose.

The clone is one of those labeled with “The Simple”  in the back of the PCB, as shown here:

For my project I had to use 12V DC input so I fed it by the RAW pin, as described in the Arduino Pro Mini documentation.

I programmed it trough an Arduino Uno, everything went good so I decided to put it into the final circuit.

Long story short, it fried immediately after supplying 12V.

I was surprised by such a behavior so I checked back in the documentation a few times, but everything looked correct, it had to work. I looked at the PCB schematics in the Pro Mini documentation and found the regulator to be the MIC5205. The datasheet shows max operating voltage =16V, ensuring safe and reliable operation at 12V.

I looked at my board and found out the regulator was not a MIC5205, but a “4B2X” instead (it must be some clone, I can’t find its datasheet UPDATE: thanks to Squonk42 who commented back: https://www.torexsemi.com/file/xc6205/XC6204-XC6205.pdf), so I searched the web and found this discussion on the Arduino Pro Mini Chinese clones and their voltages, in which some regulator labels are listed, including  KB33, S20K, F34V, L0RA, L0RB for the 3.3V variant. 4B2X was not showing up, so I started to suspect either a defective component or an out-of-specs regulator.

I then decided to test another new Arduino Pro Mini board that came with the same “4B2X” regulator as the fried one, and started supplying 5V to the RAW pin, increasing the voltage at small steps, to find wether or not it was capable of working with a 12V supply voltage (as stated in the Arduino Pro Mini documentation).

The regulator output stayed at 3.3V until up to about 11.5 V input, then a single increase of 0.2V made the output “run away”, all the way up to the input voltage, frying the microcontroller. The exact same input/output behavior was delivered by the regulator of the first failed board.

Looks like the 4B2X regulator is not suited for 12V, its maximum input voltage being just about 11.5V, well below the MIC5205’s 16V maximum, which is needed in car/boat/camper environments that use Pb 12V batteries, where voltages typically grow up to 13.8 – 14.4V when the engine is on.

In conclusion, if you bought an Arduino Pro Mini clone that comes with that regulator and you need to supply a 12V DC voltage, consider adding a zener diode (5V at least) to drop the voltage down to safe values. Even better, if you have a spare MIC5205 or a real equivalent just solder it in place of the 4B2X.

Hopefully this will avoid someone frying his new Arduino Pro Mini just like it happened to me.

73 de IU3JSX

MCHF kit building

Hi all, I’ll soon post details about the radio kit I’m building, M0NKA’s Mchf board v0.6.

I’m working on it in my very limited spare time. I’m almost finished with soldering of the components and I’m currently winding the last transformers (namely T2 and T3).

I’ll post photos and a sort of tutorial for the assembly of the kit for newbies. The kit is very fun to build and allows one to learn SMD soldering, inductors winding, circuit testing and so on.

73!