Giáo trình điện tử nâng cao

TRƯỜNG CĐN CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Chủ biên: Hà Thanh Sơn KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH Điện tử nâng cao NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Năm 2012 Tun bố bản quyền Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thơng tin có thể được tham khảo Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành. Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền Trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thơng tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề điện tử cơng nghiệp thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành địi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với u cầu thực tế Nội dung của giáo trình “Điện tử nâng cao” đã được xây dựng trên sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng u cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và khơng trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chun gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! Bài 1: ĐỌC, ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN SMD I. Giới thiệu Linh kịên dán bao gồm các điện trở, tụ điện,transistor là các linh kiện được dùng phổ biến trong các mạch điện tử Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, những linh kiện này được chế tạo để sử dụng cho nhiều loại mạch điện tử khác nhau và có những đặc tính kỹ thuật tương ứng với từng loại mạch điện tử. Thí dụ, các mạch trong thiết bị đo lường cần dùng loại điện trở có độ chính xác cao, hệ số nhiệt nhỏ; các mạch trong thiết bị cao tần cần dùng loại tụ điện có độ tổn hao nhỏ; các mạch cao áp cần dùng tụ điện có điện áp cơng tác lớn. Những linh kiện này là những linh kiện rời rạc, khi lắp ráp các linh kiện này vào mạch điện tử cần hàn nối chúng vào mạch. Trong kỹ thuật chế tạo mạch in và vi mạch, người ta có thể chế tạo ln cả điện trở, tụ điện, vịng dây trong mạch in hoặc vi mạch II. Mục tiêu: Phân biệt được các loại linh kiện điện tử hàn bề mặt rời và trong mạch điện Đọc, tra cứu chính xác các thơng số kỹ thuật linh kiện điện tử dán Đánh giá chất lượng linh kiện bằng máy đo chun dụng Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an tồn và vệ sinh cơng nghiệp 1. Linh kiện hàn bề mặt (SMD) Mục tiêu + Nhận biết linh kiện SMD + Sử dụng được các máyđo chun dụng + Biết sử dụng các phần mềm để kiểm tra sữa chữa 1.1 Khái niệm chung Linh kiện SMD (Surface Mount Devices) loại linh kiện dán trên bề mặt mạch in, sử dụng trong công nghệ SMT (Surface Mount Technology) gọi tắt là linh kiện dán. Các linh kiện dán thường thấy trong mainboard: Điện trở dán, tụ dán, cuộn dây dán, diode dán, Transistor dán, mosfet dán, IC dán Rỏ ràng linh kiện thơng thường nào thì cũng có linh kiện dán tương ứng 1.2 Linh kiện thụ động SMD Hình1.1: hình ảnh một số linh kiện SMD a. Điện trở SMD Cách đọc trị số điện trở dán: Hình 1.2: Giá trị điện trở SMD Điện trở dán dùng 3 chữ số in trên lưng để chỉ giá trị của điện trở. 2 chữ số đầu là giá trị thơng dụng và số thứ 3 là số mũ của mười (số số khơng). Ví dụ: 334 = 33 × 10^4 ohms = 330 kilohms 222 = 22 × 10^2 ohms = 2.2 kilohms 473 = 47 × 10^3 ohms = 47 kilohms 105 = 10 × 10^5 ohms = 1.0 megohm Điện trở dưới 100 ohms sẽ ghi: số cuối = 0 (Vì 10^0 = 1). Ví dụ: 100 = 10 × 10^0 ohm = 10 ohms 220 = 22 × 10^0 ohm = 22 ohms Đơi khi nó được khi hẳn là 10 hay 22 để trán hiểu nhầm là 100 = 100ohms hay 220 Điện trở nhỏ hơn 10 ohms sẽ được ghi kèm chữ R để chỉ dấu thập phân. Ví dụ: 4R7 = 4.7 ohms R300 = 0.30 ohms 0R22 = 0.22 ohms 0R01 = 0.01 ohms Hình 1.3: Một số giá trị điện trở SMD thơng dụng Trường hợp điện trở dán có 4 chữ số thì 3 chữ số đầu là giá trị thực và chữ số thứ tư chính là số mũ 10 (số số khơng). Ví dụ: 1001 = 100 × 10^1 ohms = 1.00 kilohm 4992 = 499 × 10^2 ohms = 49.9 kilohm 1000 = 100 × 10^0 ohm = 100 ohms Một số trường hợp điện trở lớn hơn 1000ohms thì được ký hiệu chữ K (tức Kilo ohms) và điện trở lớn hơn 1000.000 ohms thì ký hiệu chử M (Mega ohms). Các điện trở ghi 000 hoặc 0000 là điện trở có trị số = 0ohms Bảng tra Code Resistor SMD (nguồn Cooler Master và AcBel dung rất nhiều loại này) 1/ Mã điện trở và giá trị tuơng ứng Hình 1.4: Bảng tra linh kiện SM 2/ Hệ số nhân được kí hiệu bằng chữ cái: S hoặc Y: hệ số nhân 102 R hoặc X: hệ số nhân 101 A: hệ số nhân 100 B: hệ số nhân 101 C: hệ số nhân 102 D: hệ số nhân 103 E: hệ số nhân 104 F: hệ số nhân 105 Ví dụ 51S = 51Y = 3.32 ohm 12R = 12X = 13 ohm 09A = 121 ohm 24B = 1.74 K ohm 63C = 44.2 K ohm 20D = 158 K ohm 31E = 2.05 M ohm 74F = 57.6 M ohm b. Tụ SMD Quy định ký mã số biểu diễn trị số tụ điện, cách đọc trị số tụ điện Cũng giống như điện trở, các tụ điện đều được ký hiệu để xác định các thông số của chúng. Khi nắm vững được các ký mã số của tụ điện, chúng ta xác định được các trị số của tụ điện. Tụ điện thường được ký hiệu bằng hai cách: ký hiệu nhận rõ và ký mã số Ký hiệu nhận rõ được dùng với các tụ có kích cỡ lớn, đủ diện tích để ghi các trị số của tụ. Các tụ lớn làm bằng gốm có dạng hình đĩa, tụ mylar (một loại polyeste) và tụ hố có dư thừa diện tích để ghi các ký hiệu. Chú ý rằng các tụ phân cực khơng kể các kích cỡ, đều phải hết sức quan tâm đến các cực âm và cực dương của tụ. Cần xác định đúng cực tính của tụ phân cực một cách nghiêm ngặt, nếu không sẽ làm hỏng tụ khi lắp ráp hoặc thay thế tụ mới vào mạch điện Ngày nay, người ta dùng ký mã số các tụ cỡ nhỏ, không phân cực và các tụ hàn bề mặt có các kích cỡ khác nhau. Các ký mã số dễ dàng nhận biết vì chúng tương tự như kỹ thuật lập ký mã số của các điện trở. Một dãy ba số được sử dụng như sau: hai con số đầu tiên là trị số của tụ điện và con số thứ ba là hệ số nhân (có bao nhiêu con số 0 được thêm vào sau trị số được đặc trưng bằng hai con số đầu tiên). Ký mã số của tụ điện được trình bày như trên Hình 1.5. Hầu hết các ký mã số của tụ điện đều dựa trên cơ sở đơn vị đo lường là pF. Do đó, một tụ có ký mã số là 150 được đọc là trị số 15 và khơng có số 0 nào được thêm vào (có nghĩa là tụ có trị số là 15 pF). Nếu ký mã số của tụ là 151 có nghĩa là 15 và thêm một số 0 vào bên phải, trị số của tụ là 150 pF. Nếu ký mã số của tụ là 152, có nghĩa là trị số của tụ là 1500 pF v.v Một ký mã số 224 có nghĩa là số 22 có thêm 4 con số 0 vào bên phải, trị số của tụ là 220000 pF. Vị trí thập phân ln ln dịch sang phải Mặc dù hệ thống ký mã số dựa trên cơ sở đơn vị pF, mỗi trị số có thể được biểu thị bằng micrơfara (ỡF) đơn giản bằng cách chia trị số picofara cho một triệu (1000000). Ví dụ, một tụ có trị số là 15 pF được gọi là tụ 0,000015 ỡF. Việc điện dung của một tụ rất nhỏ, ví dụ 15 pF, chuyển sang đơn vị ỡF khơng thuận tiện, trong khi ghi ở đơn vị pF lại thuận tiện khi ghi trị số trên thân tụ và dễ dàng khi đọc trị số tụ. Các tụ có trị số điện dung lớn thường được thể hiện bằng đơn vị ỡF. Để khẳng định ước đốn về trị số tụ, chúng ta có thể đo trị số điện dung của tụ điện bằng đồng hồ đo indung T rịs ố H ệ số n h ân (sè ch ÷ s è ) Hình 1.5: Đọc ký hiệu mã số trên thân tụ điện c. Cuộn cảm SMD Loại: SMD 4042 Ví dụ: L040 2 2N7J có thơng số 2.7nH SMD 0402 5% inductor Loại: SMD 0805 Ví dụ L04028N2J: có thơng số : 8.2nH SMD 0402 5% inductor d. Diode SMD Diode cầu SMD Diode chỉnh lưu SMD: 1N4007 – M7: Diode switching SMD Ví dụ : LL4148 SMD Diode 50mA/100V 1.3 Linh kiện tích cực SMD a. Transistor SMD : 2SC3356 SMD Transistor b.Mosfet SMD VD: SUB85N03: NChannel 30V 85A 107W POWER MOSFET 2. Khai thác sử dụng máy đo chun dụng SMD 10 Mục tiêu: Sử dụng VOM ở thang đo dịng Khai thác sử dụng máy đo hiện sóng Sử dụng các phần mềm chun dụng để kiểm tra sửa chữa 2.1. Sử dụng máy đo VOM ở thang đo dịng Để đo dịng điện bằng đồng hồ vạn năng, ta đo đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ và chú ý là chỉ đo được dịng điện nhỏ hơn giá trị của thang đo cho phép 2.2. Khai thác, sử dụng máy hiện sóng Hình 1.6: Máy hiển thị sóng Giới thiệu Panel: A . Panel trước: a. CRT:Màn hình hiển thị POWER: Cơng tắc chính của máy, khi bật cơng tắc lên thì đèn led sẽ sáng INTEN: Điều chỉnh độ sáng của điểm hoặc tia FOCUS: Điều chỉnh độ sắc nét của hình TRACE RATOTION: Điều chỉnh tia song song với đường kẻ ngang trên màn hình b. Vertical: CH1 (X): Đầu vào vertical CH1 là trục X trong chế độ XY CH2 (Y): Đầu vào vertical CH2 là trục Y trong chế độ XY ACGNDDC: Chọn lựa chế độ của tín hiệu vào và khuếch đâị dọc AC nối AC GND khuếch đại dọc tín hiệu vào được nối đất và tín hiệu vào được ngắt ra DC nối DC VOLTS/DIV: Chọn lựa độ nhạy của trục dọc từ 5mV/DIV đến 5V/DIV, tổng 73 Nhấp vào biểu tượng design rules Check Hộp thoại Design Rules Check xuất hiện, check vào Scope, Action & Report như hình bên và nhấp Ok để kiểm tra Nếu có thơng báo lỗi bạn hãy kiểm tra vị trí có khoanh trịn nhỏ màu xanh và tiến hành sửa lỗi rồi tiếp tục 74 Tạo file netlist Sau khi kiểm tra không thấy lỗi , chúng ta tiến hành tạo file .mnl để chuyển sang Layout , chọn trên thanh công cụ, hoặc chọn Tool=> Create Netlist Cửa sổ Create Netlist xuất hiện, chọn Layout, trong thẻ Options chọn User Properties are in inchers để tự chọn chân linh kiện footprint, Browse để duyệt đến nơi chứa file, nhấp chọn OK 75 Chon OK trong hộp thoại xuất hiện tiếp theo để hồn tất q trình tạo file netlist Vậy là đã hồn tất q trình vẽ mạch bằng Capture, bạn hãy dùng file .MNL vừa tạo để vẽ mạch in bằng OrCAD Layout Plus 1.3.2 Tạo thư viện linh kiện mới trong OrCAD Capture a. Giới thiệu Việc tạo ra linh kiện mới trrong Capture rất quan trọng, các linh kiện điện tử đều được sản xuất theo một số tiêu chuẩn nhất định. Trong Layout thì một số chân linh kiện nếu khơng biết thì có thể tìm một linh kiện khác có chân tương tự, cịn trong Capture thì cơng việc đó khơng thể thực hiện được. Hơn nữa việc tạo ra một thư viện mới của riêng bạn sẽ giúp bạn quản l{, cũng như thao tác nhanh hơn trong việc tìm kiếm linh 76 kiện b. Các bước tạo linh kiện mới Một project bao gồm việc tạo ra linh kiện mới , tạo ra bản vẽ ngun lý hoặc xuất ra mạch in, Khi đó việc tạo ra linh kiện mới là việc làm để phục vụ cho schematic nào đó Để tạo thêm linh kiện mới, các bạn phải nhận diện được linh kiên đó là gì, hoạt động như thế nào. Phải tra datasheet của linh kiện đó. Sau khi đã biết rõ về linh kiện, hãy hình dung trong đầu sơ đồ bố trí các chân linh kiện sao cho việc vẽ mạch ngun lí được dễ dàng và đẹp nhất Tiếp theo là tạo ra một thư viện linh kiện để chứa linh kiện mà các bạn sẽ tạo ra. Vì đặc tính các đề tài là khác nhau và những người làm việc với mạch điện tử cũng khác nhau nên việc đặt tên cũng có những đạc thù khác nhau. Cuối cùng là việc tạo ra linh kiện bạn, đặt vào các thư viện phù hợp. Cụ thể tơi sẽ hướng dẫn các bạn tạo ra con MAX232 c. Tìm datasheet Việc đầu tiên là phải tra cứu datasheet của con MAX232. Để tra datasheet bạn có thể search trên mạng http://google.com hoặc tìm trực tiếp từ các trang web về datasheet: www.alldatasheet.com www.datasheetcatalog.com Đây là hình ảnh của con MAX232 trong datasheet d. Tiến hành tạo linh kiện Trong màn hình làm việc của Capture. Chọn File > New > Library 77 T rong cửa sổ quản lí, nhấp chuột phải vào library.olb tại thư mục Library, chọn New Part để tạo linh kiện mới Nhập tên linh kiện vào khung Name ( tên này sẽ được hiển thị khi bạn chọn linh kiện). Chọn kiểu linh kiện trong ơ Part Reference Prefix Ở đây chọn là U Nhấp OK để vào trang thiết kế 78 Cửa sổ làm việc như sau: Trước hết chúng ta cần tạo ra nhóm chân, sau đó sửa chữa thơng số, những nhóm chân có cùng chức năng ta ta thiết kế chung Chọn Place Pin Array trên thanh cơng cụ để tạo nhóm chân cho linh kiện Ơ Starting Name ( tên chân) : Starting Number ( Chân bắt đầu): Number of Pins ( số chân được tạo ra trong cùng nhóm chân): Increment ( số đơn vị tăng lên) : 79 OrCAD hỗ trợ việc tạo ra các nhóm chân bằng cách tự động tăng thứ tự tên chân Starting Name, Starting Number lên Incrment đơn vị, nếu như chân đó tận cùng là 1 số Khi nhấn OK, con chuột sẽ tạo thành 1 dãy 8 chân linh kiện. Trên khối U vng, các bạn đặt nó cạnh nào, nó sẽ nằm ở cạnh đó.Nhấp chuột để hồn tất T iếp tục tạo các chân cịn lại. Chọn Place pin array Ơ Starting Name : 16 Starting Number: 16 Number of Pins : Increment: 1 OK và chọn vị trí đặt chân 80 Nhấp đúp chuột vào chân linh kiện để sửa đổi các thơng số: tên, số chân linh kiện Tiếp tục cho các chân cịn lại. Nhấp chuột trái và kéo giữ chuột để sắp xếp lại vị trí các chân linh kiện cho hợp lí & thẩm mỹ 81 e. Vẽ đường bao và lưu linh kiện Chọn Place rectangle trên thanh cơng cụ để tạo đường bao, vẽ hình vng vừa khít trên hình.Chọn Place Text để nhập tên cho linh kiện.Như vậy là đã làm xong 1 linh kiện mới, nhấn Save để lưu lại linh kiện f. Chỉnh sửa linh kiện Khi lấy linh kiện trong thư viện, có một vấn đề là đa số với con IC thì bị ẩn chân VCC và GND, nhưng các bạn n tâm khi xuất ra mạch in chân VCC mặc nhiên nối với Power và chân GND thì nối đất. Tơi sẽ chỉ cho cách làm cho nó hiện lên Tiến hành chỉnh sửa Ở đây tơi chọn con IC định thời 555 Bạn nhấp phải chuột vào linh kiện, chọn Edit Part 82 Xuất hiện cửa sổ làm việc mới giúp bạn chỉnh sửa các thơng số của linh kiện: Phần 2 dấu cộng trong vịng trịn màu đỏ là 2 chân VCC và GND, bạn nhấp đúp chuột vào nó để chỉnh kiểu chân 83 Hình dạng chân của nó trong cửa sổ Shape, trong cửa sổ này chân được lựa chọn là zero length chính vì vậy mà bạn khơng nhìn thấy nó, bạn có thể chọn Line hoặc Short để hiển thị chân Tick vào Pin Visible để hiển thị tên của chân linh kiện Tương tự như trên để hiển thị chân GND. Bố trí lại sơ đồ chân cho hợp lý và thẩm mỹ, Sau khi chỉnh sửa ta được hình bên Trong cửa sổ này bạn cũng có thể thực hiện chỉnh sửa, thêm bớt chân, thay đổi kích thước hình dáng của linh kiện g. Lưu linh kiện vừa chỉnh sửa Nhấp chuột vào nút Close trong cửa sổ làm việc hoặc nhấn Ctrl + W, xuất hiện hộp thoại Chọn Update Current để lưuthay đổi, Update All để thay đổi tất cả linh kiện đó có trong Project, Discard để hủy bỏ thay đổi, Cancelđể quay lại hủy bỏ thao tác, Help để được trợ giúp Vậy là đã hồn tất cơ bản phần Capture, tiếp theo ta chuyển sang phần Layout để thiết kế mạch in ( ln Ctrl + S để lưu bản project , phịng sự cố xảy ra ngồi ý muốn ) 2. Các bướ c thực hi ện gia cơng mạch in 84 Mục tiêu: Chế tạo mạch in hồn chỉnh bằng phương pháp thủ cơng 2.1 Chế bản trên phim 2.2 Chuẩn bị mạch in Sau khi in mạch in lên trên giấy Đặt tấm board đồng vừa in tấm mạch in 2.3 In mạch in trên tấm mạch in Ủi đều mạch in ở các mép. Cơng việc này diễn ra khoảng 5 phút 85 Nhúng nước trên mạch in, sau đó tiếp tục ủi. khoảng một đến hai phút thấm nước một lần Nếu mực đã dính hồn tồn lên tấm board, bạn có thể tách tờ giấy ra khỏi tấm board và được như hình dưới đây 86 2.4 Ăn mịn mạch in Bây giờ ta cần dung dịch FeCl3 Cho bột FeCl3 vào tơ nhựa và đổ nước vào Nhúng tấm board vào trong dung dịch vừa pha 87 Sau đó ngâm vào nước và gỡ ra Dùng mũi khoan có đường kính 0.8mm đến 1mm để khoan lỗ ghim trên mạch in Sau khi khoan xong cần đánh sơ lại mạch in dùng giấy nhám nhuyễn. Làm sạch lần cuối rồi nhúng tấm mạch in vào dung dịch nhựa thơng pha với xăng và dầu lửa. Khi xong phơi khơ lớp sơn phủ rồi hàn linh kiên trên mạch. 3. Kiểm tra Bài 1: thực hành trên máy tính thiết kế một mạch in hồn chỉnh say đó in ra giấy A4 Bài 2: Thực hiện một bo mạch in hồn chỉnh . Nhận xét và báo cáo kết quả thực tập. ... luyện tay nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành địi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một? ?giáo? ?trình? ?nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với u cầu thực tế Nội dung của? ?giáo? ?trình? ?? ?Điện? ?tử ? ?nâng? ?cao? ?? đã được xây dựng trên sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với... dụng cho nhiều loại mạch điện? ?tử? ?khác nhau và có những đặc tính kỹ thuật tương ứng với từng loại mạch? ?điện? ?tử. Thí dụ, các mạch trong thiết bị đo lường cần dùng loại? ?điện? ? trở có độ chính xác? ?cao, hệ số... chính xác? ?cao, hệ số nhiệt nhỏ; các mạch trong thiết bị ? ?cao? ?tần cần dùng loại tụ ? ?điện? ?có độ tổn hao nhỏ; các mạch? ?cao? ?áp cần dùng tụ điện? ?có? ?điện? ?áp cơng tác lớn. Những linh kiện này là những linh kiện rời