问题

如何在家里建立一个可以玩电子的实验室,都需要什么设备?零件?

回答
想在家打造一个属于自己的电子实验室,是不是光想想就有点小激动?这就像是开启了一扇新世界的大门,让你能亲手把那些抽象的电子概念变成活生生的电路,更能解决生活中遇到的各种小麻烦,甚至创造出属于自己的小玩意儿。别担心,这事儿没你想的那么高不可攀,只要循序渐进,一步步来,你就能拥有一个功能齐全的“电子小工坊”。

一、 实验室的基础设施:给你的创作一个舒适的“家”

首先,你需要一个专门的区域来放置你的装备和进行创作。不需要多么高大上,但要保证安全、整洁、方便。

工作台/桌子: 这是核心。选择一个稳固、面积足够大的桌面,最好是木质或防静电材质的。高度也要合适,让你坐着或站着操作都舒服,避免长时间工作导致腰酸背痛。如果条件允许,可以考虑那种带有抽屉和储物格的工作台,方便收纳各种工具和零件。
照明: 充足且合适的光线至关重要。台灯是必备的,最好是那种亮度可调、光源集中的LED台灯,可以灵活调整角度,照亮你的操作区域。避免使用那种会产生眩光或阴影的灯光。
电源: 这是电子实验室的“血液”。
多孔插座/排插: 准备几个质量好的排插,最好带有过载保护功能。
稳压器/UPS(可选但推荐): 如果你所在的地区电压不稳定,或者担心突如其来的断电会损坏你的设备,一个稳压器或者不间断电源(UPS)会是很好的投资。
通风: 虽然电子制作不至于产生大量有害气体,但一些元件在焊接时可能会有轻微气味。如果你的实验室空间比较封闭,一个小型排风扇或者靠近窗户会更好。
储物: 零件、工具、项目都需要收纳。
零件盒/收纳箱: 这是必不可少的。各种规格的螺丝、电阻、电容、二极管等等,都需要分类存放,否则找起来会像大海捞针。透明带分隔的零件盒是最常见的选择。
工具箱/收纳柜: 用于存放钳子、螺丝刀、万用表等工具。
文件架/文件夹: 用于存放电路图纸、技术手册、学习资料等。

二、 核心的测量与调试设备:让你的电路“说话”

没有这些“眼睛”和“耳朵”,你很难知道你的电路到底在干什么。

万用表(Multimeter): 这绝对是每个电子爱好者的“第一把剑”。它能测量电压、电流、电阻,甚至有些还能测量电容、晶体管的参数,判断二极管的好坏。
数字万用表(DMM): 强烈推荐初学者选择数字万用表,读数直观,操作简单。选择一款带有自动量程功能的会更方便。
基本功能: 电压(直流DC、交流AC)、电流(直流DC、交流AC)、电阻。
进阶功能(可选): 蜂鸣器(判断短路)、二极管测试、电容测量、晶体管测量、频率测量等。
示波器(Oscilloscope): 如果你想深入了解电路的动态信号变化,示波器是必不可少的。它能将电压随时间的变化可视化,让你看到波形、频率、幅度等等。
入门级数字存储示波器(DSO): 对于家庭实验室来说,一款基础的2通道数字存储示波器就已经足够了。品牌很多,例如 Rigol, Siglent, Hantek 等都有不错的入门级产品。
关键参数: 带宽(Bandwidth,决定了能测量的信号频率上限)、采样率(Sampling Rate,决定了波形的精细度)、通道数。
信号发生器(Function Generator): 它可以产生各种波形的电信号(如正弦波、方波、三角波等),用于测试电路对不同信号的响应。
入门级信号发生器: 基础的可以产生正弦波、方波、三角波就足够了。

三、 动手实践的工具:将想法变成现实的“双手”

工欲善其事,必先利其器。

焊接工具: 这是制作和修理电子电路的关键。
电烙铁(Soldering Iron):
温度可调电烙铁: 强烈推荐!不同的焊料和元件需要不同的焊接温度,可调温的烙铁可以让你更精准地控制。功率在30W60W之间比较常用。
烙铁头: 准备几种不同形状的烙铁头,例如尖头、斜口头,方便应对不同的焊接场景。
烙铁架/清洁海绵: 用来放置烙铁和清洁烙铁头,保证安全和焊接质量。
焊锡丝(Solder Wire):
无铅焊锡丝: 环保且现在是主流。可以选择0.8mm或1.0mm直径的。
焊锡助焊剂/松香(Flux): 配合焊锡丝使用,能帮助焊锡流动,提高焊接质量。
焊锡吸锡器/吸锡带(Desoldering Pump/Wick): 用于拆卸元件时吸走多余的焊锡,避免短路。
手动工具:
尖嘴钳/斜口钳: 用于夹持、弯曲、剪断导线。
剥线钳(Wire Stripper): 方便、安全地剥去导线的绝缘层。
螺丝刀套装: 各种尺寸和规格的十字、一字螺丝刀。最好准备一套带绝缘手柄的。
镊子: 用于夹持细小的元件,尤其是在焊接细间距的元件时非常有用。
美工刀/雕刻刀: 用于切割、修整。
固定与辅助工具:
第三只手(Third Hand): 带放大镜和鳄鱼夹的支架,可以帮你固定电路板和元件,解放双手。
固定夹/小压板: 用于在焊接或粘接时固定部件。
电线: 各种规格、颜色的导线,方便区分和连接。

四、 基础的电子元件:你的“积木”

这是你创造的“原材料”,种类繁多,但初期可以先从最基础的开始储备。

电阻(Resistors): 限制电流。
碳膜电阻/金属膜电阻: 各种阻值(如100Ω, 1kΩ, 10kΩ, 100kΩ等)和功率(1/4W, 1/2W)。
可调电阻/电位器(Potentiometers): 用于调节电阻值,例如音量控制。
电容(Capacitors): 储存电荷。
电解电容(Electrolytic Capacitors): 用于滤波、耦合,有正负极性。常见容量如1μF, 10μF, 100μF, 470μF等。
陶瓷电容/薄膜电容(Ceramic/Film Capacitors): 用于高频滤波、旁路,容量一般较小(如10nF, 100nF, 1μF)。
二极管(Diodes):
普通二极管(如1N40011N4007): 用于整流,单向导通。
发光二极管(LED): 用来发光,有各种颜色和亮度。
稳压二极管(Zener Diode): 用于稳压。
三极管(Transistors): 电子电路中的“开关”或“放大器”。
NPN型(如S8050, 2N2222):
PNP型(如S8550):
场效应管(MOSFET,如IRF540): (根据需要选择)
集成电路(Integrated Circuits, ICs): 包含大量电子元件的芯片,功能强大。
基础运算放大器(如LM741, LM358):
定时器(如NE555):
逻辑门(如74HC系列): (根据项目需要)
电源相关:
电池座/电池: AA, AAA, 9V电池等。
DC电源适配器/开关电源: 提供稳定的直流电压,如5V, 9V, 12V。
连接件:
杜邦线/连接线: 用于面包板上的临时连接。
面包板(Breadboard): 无需焊接,方便快速搭建和测试电路原型。这是初学者极大的福音!
洞洞板/万用板(Perfboard/Veroboard): 需要焊接,用于制作更牢固的电路。
接线端子、香蕉插头/插座、鳄鱼夹: 用于方便地连接和测试。
传感器(Sensors): 根据你的兴趣选择。
光敏电阻(LDR): 检测光线强度。
温度传感器(如LM35):
距离传感器(如HCSR04超声波模块):
执行器(Actuators):
蜂鸣器(Buzzer): 发出声音。
小型直流电机(DC Motor):
继电器(Relay): 用小电流控制大电流。

五、 微控制器与开发板:开启智能化的大门

如果你想玩转单片机、物联网、机器人等,这些是你的“大脑”。

Arduino开发板(如Uno, Nano): 非常适合初学者入门,社区资源丰富,学习资料多。
Raspberry Pi(树莓派): 功能更强大,可以运行完整的操作系统,更像一台微型电脑,适合更复杂的项目。
STM32开发板: 性能更强,但学习门槛也相对高一些。

六、 学习资源与软件:提升你的“知识库”

装备再好,也需要知识来驱动。

书籍/教程: 购买一些经典的电子技术入门书籍,例如《电路基础》、《电子制作入门》等。
在线课程/论坛: B站、YouTube、知乎、电子技术论坛(如EEWORLD、CSDN)等都有大量优质的电子学习资源。
电路设计/仿真软件:
LTspice、Proteus: 用于电路仿真,可以在电脑上模拟电路行为,找出问题。
KiCad、Eagle: 用于PCB(电路板)设计。

怎么开始?循序渐进,别贪多!

1. 明确你的兴趣点: 你是对音频电路感兴趣?还是想做个小机器人?亦或是想学习单片机编程?根据你的兴趣来选择初期需要准备的元件和工具。
2. 从小项目入手: 不要一开始就想着造个复杂的机器人。可以从简单的LED闪烁、开关控制小马达、简单的传感器应用开始。
3. 购买“套件”: 很多网站(如淘宝、京东)有针对初学者的电子制作套件,里面包含了所有需要的元件和详细的制作说明,这是快速入门的好办法。
4. 共享与交流: 如果有朋友也对电子感兴趣,可以一起购买设备,互相学习。参加线下的电子制作活动或加入线上社区,能获得很多帮助和灵感。
5. 安全第一: 操作电器时,一定要注意安全!特别是涉及到市电(220V)的项目,如果没有经验,请务必寻求专业人士的指导。焊接时注意防烫,工作台保持整洁,避免短路。

建立一个电子实验室是一个持续学习和实践的过程。随着你的技能提升和兴趣扩展,你还会不断添置新的设备和零件。最重要的是享受其中的乐趣,体验从无到有创造的成就感!祝你在电子世界的探索之旅愉快!

网友意见

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迷途知返,回头是岸。做电子的远不如做软件的来钱,投入大收益低。

我2012年至今玩电子,航模,花了约30万。所有设备装了19个60L的整理箱。至于3D打印机、CNC、电脑、固定翼飞机啥的装不进去另算。

唉,至于为啥匿名,因为我老婆也关注我了,她一直以为我那些设备花了不到10万呢。她要知道我为这些破烂错过了几年前买房,至今还在租房子,还不知要怎么修理我。

-- 2017-02-10 分割线 --

都58个赞了,不写点干货也对不住大家。我就解释一下为何烧电子开发类设备是个无底洞,如何一步步滑向深渊。

arduino入门是比较简单的,入门后想要做更深入一点的东西就开始成了问题。比如想做更多各种类型的小玩意,就会发现买UNO不太划算,于是开始买MINI PRO,以及自己买FT232或者CP2102的编程器。这东西买了倒是不贵,但编程口就不再统一了。每次要烧写都需要很麻烦的重新接线看映射,一点都不智能。于是部分小朋友就走向了自己设计PCB,以及提供自己标准SPI编程口的尝试。我为此自己做过4个USBASP编程器,前3个还是在洞洞板上做的。

自己做起PCB就涉及到制造方法。自己DIY的方法就是热转印和感光板两种。热转印意味着自己要买转印机和激光打印机,这两项一千多就出去了。耗材还涉及到腐蚀剂和热转印纸,倒是不太花钱。感光板法需要用喷墨打印机和紫外线灯,两项加一起也要一千左右,耗材种类略多。但无论如何打印机的体积是很大的。

焊接方面也有一些坑。早期我用内热式烙铁。但后来因为需要焊一些散热能力很好的接插件而买了大功率的外热式烙铁。这两类烙铁都存在几十秒到几分钟的氧化问题,氧化以后必须用一些办法来擦掉氧化物,否则无法沾锡。于是后来买了可调温烙铁,直到现在用936焊台,配备N个烙铁头,用铁丝球擦烙铁。焊锡也有讲究,早期无非是普通焊锡,后来考虑到家里有孩子就开始启用无铅焊锡,以及配上排风的设备。

arduino本身编程很方便才发展至今,但论性能,还是有太多的地方扛不住。GPIO的频率,ADC采样速度,没有DMA,没有USB口之类的。使得稍微高端点的事情就不好做了。于是考虑到做更多事情,我就开始学了STM32。而STM32是没有DIP封装的,就算以前拿AVR可以买DIP+洞洞板对付,到了STM32也抛不掉做PCB了。而且一旦做了PCB就跑不了用上各类贴片元件。用上贴片元件后,自己能做的事情得到了很大程度的扩充,毕竟有太多的芯片只有贴片的。于是结果就是我现在有大约15公斤的直插器件,10公斤多的各类贴片元器件。近20公斤的各类接插件和开关。各类模块加一起也有10公斤以上了。

继续向上攀,要做更多事,就会再次遇到速度的问题。有些协议的时钟频率是很高的,而手头的芯片却未必能带有对应的外设来存储。比如我想要做4路BT656视频的采集时,比如想做16路音频I2S采集时,还涉及到同步的要求。此时FPGA就成了近乎唯一的选择。我一直没有点FPGA的技能树,毕竟实在无力越陷越深。

除了采集以外,输出也有若干讲究。各类电动机,尤其是X宝上很多拆机电机,可以激发你想做很多好玩的东西,于是新的陷阱就打开了。有刷电机、无刷电机、步进电机、减速电机、带丝杆的、带驱动的。几十公斤……

电机的驱动也有学问。L298N之类的我就不想多吐槽了,效率还没有自己用晶体三极管搭建的H桥好。于是心中的小宇宙再次燃起。MOS管H桥在向你召唤,为了更好的一致性,全N管H桥更好。自己再用1N5189做倍压整流。更厚铜箔的PCB来跑大电流应用。无刷电机的ESC死贵,再考虑自己DIY个无刷电调之类的。单这事耗尽你一年的业余时间是不难的。

单单用无OS的控制器能做的事情有限。于是各种带Linux的开发板在向你召唤。树莓派1B我买了8个,1B+买了3个,2B+买了5个,3B+买了1个。Cubieboard1代加上给公司买了40+个。Cubieboard2有3个,CubieTruck有1个。OrangePi全系列买了不到10个。为了能更好的利用上整个开发板的各类功能,比如之前提到的BT656视频采集,我那总支出里还包括6万用来找一个工程师帮我调试CubieBoard的CSI摄像头驱动。其他模块也找过一些外包。这期间也发现了树莓派1代的USB接口芯片问题导致了无法跑满USB2.0的480Mbps带宽。

实在一言难尽,越写越伤心,先到这里吧。

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