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