Giáo trình vẽ mạch điện tử

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên: TRẦN VĂN DŨNG ­­­­­­­***­­­­­­­­­ GIÁO TRÌNH  VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ  ( Lưu hành nội bộ) HÀ NỘI 2012 LỜI NĨI ĐẦU  Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng  nghề  Điện tử  dân dụng 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 “VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ” đã được xây dựng trên  cơ 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 cơ  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! 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 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG BÀI 1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ ORCAD VÀ CÁC PHẦN MỀM   VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ KHÁC                                                                                                             6 1.1 Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử thông dụng: 1.2 Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử ORCAD: 1.3 Câu hỏi thảo luận .10  BÀI 2. CÀI ĐẶT PHẦN MỀM VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ ORCAD PHIÊN BẢN 9.2                          11 1.4 Các yêu cầu tối thiểu hệ thống máy tính: 12 1.5 Các bước cài đặt phần mềm vẽ mạch điện tử ORCAD: 22 1.6 Câu hỏi thảo luận 30  BÀI 3. VẼ MẠCH ĐIỆN NGUYÊN LÝ                                                                                           32 1.7 Các bước qui trình vẽ mạch điện nguyên lý: .32 1.8 Thực hành vẽ mạch nguyên lý mạch điều chỉnh ổn định tốc độ động cơ: .49 1.9 Thực hành vẽ mạch nguyên lý tập từ đến với yêu cầu sau: 61 1.10 Câu hỏi thảo luận 64  Bài 4. IN TÀI LIỆU                                                                                                                           65 1.11 Các bước in trang sơ đồ mạch điện: 66 1.12 Câu hỏi thảo luận 71  BÀI 5. MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỆN                                                                                                   72 1.13 Tạo vẽ cho thành phần phân tích mạch PSPICE: .72 1.14 Chạy mô mạch điện: 76 1.15 Phương pháp hiển thị nhiều đồ thị dạng sóng tín hiệu: 81 1.16 Lưu trữ trang sơ đồ mạch điện chạy mô phỏng: 85 1.17 Câu hỏi thảo luận 85  BÀI 6. TẠO MỚI VÀ SỬA ĐỔI LINH KIỆN                                                                                 91 1.18 Các bước tạo linh kiện mới: 91 1.19 Sửa đổi linh kiện cũ: 96 1.20 Thực hành tạo linh kiện IC: 97 1.21 Thực hành sửa đổi linh kiện cũ: .100 1.22 Câu hỏi thảo luận 108  BÀI 7. TẠO TẬP TIN NETLIST                                                                                                     109 1.23 Các bước chuẩn bị cho tạo tập tin netlist: 109 1.24 Các bước tạo tập tin Netlist: 113 1.25 Xác định sửa lỗi trang sơ đồ mạch điện công cụ DRC: .114 1.26 Câu hỏi thảo luận 125  BÀI 8. VẼ MẠCH IN                                                                                                                       126 1.27 Chuẩn bị thiết kế Capture để dùng với Layout: .126 1.28 Các bước vẽ mạch in môi trường LAYOUT: 138 1.29 Chạy chương trình vẽ mạch in tự động: 143 1.30 Tạo tập tin Netlist có phần mở rộng mnl dùng cho LAYOUT: 147 1.31 Vẽ mạch in mạch điều khiển tốc độ động DC: 159 1.32 Thực hành vẽ mạch in tập từ đến sau: 167 1.33 Câu hỏi thảo luận 277  BÀI 9. GIA CÔNG MẠCH IN                                                                                                         278 1.34 In sơ đồ mạch lên phíp tráng đồng: 279 1.35 Qui trình tẩy mạch in: 281 1.36 Làm vệ sinh chống xi hóa: 282 1.37 Gia công mạch in: 283 1.38 Câu hỏi thảo luận 290 BÀI 1. GIỚI  THIỆU PHẦN MỀM VẼ  MẠCH  ĐIỆN TỬ  ORCAD  VÀ  CÁC PHẦN MỀM VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ KHÁC Mục tiêu Kiến thức: ­ Trình bày đúng các chức năng, phiên bản của các phần mềm vẽ mạch   điện tử  như:  Circuit Maker, Electronic Workbench, Eagle ­ Trình bày đúng các chức năng, phiên bản của phần mềm vẽ  mạch  điện tử OrCAD 9.2  (Bao gồm các chức năng, các phiên bản của phần   mềm) ­ Nắm bắt được sự khác nhau giữa phần mềm ORCAD chạy trên hệ  điều hành MS Dos và trên Windows Kỹ năng: ­ Xác định được các khả năng ứng dụng khác nhau của các phần mềm  vẽ mạch ­ Xác định được sự khác nhau giữa các phiên bản OrCAD Thái độ: ­ Chuyên cần nghiêm túc trong học tập ­ Lắng nghe giảng bài và làm bài đầy đủ trên lớp Nội dung chính 1.1.Giới thiệu các phần mềm vẽ mạch điện tử thơng dụng: 1.1.1 Phần mềm vẽ mạch điện tử Circuit Maker:  1.1.1.1 Giới thiệu: Circuit Maker là một chương trình điện tốn  ứng dụng với những tính   năng rất mạnh mẽ và dễ sử dụng các cơng cụ mơ phỏng mạch thơng qua các   mạch   điện     vẽ     máy   tính   Chương   trình     cơng   ty   Micro   Code  Engineering soạn thảo và được cải tiến. Những khả năng mang tính hệ thống  của chương trình này sẽ  cho phép người sử  dụng vẽ  bất kỳ  mạch điện tử  nào và tạo một danh sách netlist để chạy mạch in tự động 1.1.1.2 Chức năng: Circuit  Maker  cịn có  thể  thực  hiện mơ phỏng rất sống  động phần  mạch số  của mạch điện. Nó cũng có thể  thực hiện mơ phỏng tương tự  dựa   trên chương trình SPICE3 được cải tiến liên tục bởi khoa điện tốn và cơ  điện trường Đại học California, Berkeley. Điểm nổi bật là Circuit Maker có  sẵn hai phiên bản 16 bit và 32 bit. Chương trình 16 bit được dự kiến cho việc   sử dụng với Windows 3.1, Windows 3.11. Chương trình 32 bit địi hỏi phải có  Windows 95 hoặc Windows NT 1.1.1.3 Ứng dụng: Circuit Maker là một chương trình mơ phỏng mà hầu hết các trường  hợp kết quả  đưa ra giống như  các mạch điện trong đời sống thực tế. Tuy   nhiên đó cũng chỉ  là một chương trình mơ phỏng mà chúng ta khơng q  ảo  tưởng trơng chờ vào nó cũng như các chương trình có tính năng tương tự cung   cấp những kết quả  giống nhau chính xác như  là mạch điện trong đời sống  thực tế. Tuy nhiên Circuit Maker giúp giảm tối thiểu thời gian thiết kế để tạo  ra một mạch điện với các chức năng theo u cầu, nhưng nó khơng thể  sử  dụng như là một cứu cánh thay thế hồn tồn cho việc thiết kế hơp lý tối ưu   Nếu quyết tâm đi vào lĩnh vực thiết kế nên quan tâm chương trình Orcad. Dù  gì đi nữa thì Orcad vẫn là hãng dẫn đầu trong việc cung cấp các chương trình  thiết   kế   mạch   điện   tử   tự   động   (   EDA   Software   –   Electronic   Design   Automation) cũng như cung cấp các cơng cụ rất mạnh cho việc mơ phỏng các  chip có thể lập trình ( FPGA – Field programmable gate array ) hay ( CPLD –   Complex programmable logic device ) cùng nhiều tính năng mà Circuit Maker  khơng có. Tuy nhiên là khơng dễ  dàng tiếp thu trong thời gian ngắn như  Circuit Maker 1.1.2 Phần mềm vẽ mạch điện tử Workbench: 1.1.2.1 Giới thiệu: Electronic Worbench ( EWB ) là phần mềm được rất nhiều các  trường   đại học, cao đẳng trên thế  giới sử  dụng. Phần mềm này giúp cho sinh viên   các kiến thức cơ  bản về  máy tính qua đó có thể  phân tích mạch, hệ  thống  điện qua các cơng cụ  mà mơn học bổ  trợ. EWB là một chương trình mơ  phỏng những mạch điện dùng để  nghiên cứu trên máy tính trước khi được  đưa ra ứng dụng trong thực tế. Nhằm tránh những sự cố đáng tiếc có thể xảy  ra khi được đưa ra  ứng dụng ngồi thực tế  như  cháy nổ, hư  linh kiện … vì  khơng được tính tốn trước. Nhưng đối với EWB thì khơng có sự  hỏng hóc  nào cả mà những sự cố như vậy sẽ được EWB báo hiệu cho chúng ta biết 1.1.2.2 Chức năng: Nếu đem so sánh giữa Electronic Workbench và Orcad  hay PSpice về  khả năng mơ phỏng thì khơng mạnh bằng. Nhưng nếu chúng ta hiểu được tên   gọi thì cũng phần nào hiểu được đặc tính cơ bản của phần mềm này và hiểu   được vì sao nó vẫn có chổ đứng nhất định trong thực tế. Thuật ngữ “ work –   bench “ trong tiếng Anh có nghĩa là bàn làm việc của thợ vậy. Nào là lấy từng  linh kiện cắm vào bảng mạch rồi hàn nối dây chúng lại với nhau theo sơ đồ  mình mong muốn, sau đó lắp các cơ cấu đo các thơng số cần khảo sát và sau  khi đã quan sát kỹ  lưỡng thì tiến hành cấp điện cho mạch để  xem kết quả   Đến đây thì bắt đầu có khác, nếu như mạch thực tế có thể  hư linh kiện, cơ  cấu đo thì   đây EWB sẽ  báo hiệu cho chúng ta biết mà khơng hề  có sự  cố  hỏng hóc, hư hao nào.  1.1.2.3 Ứng dụng: Cũng như  các phần mềm phân tích mạch khác EW có các cơng cụ  thống kê tính tốn rất nhanh mà nếu tính bằng tay có lẻ phải tốn một khoảng   thời   gian     dài   để   hoàn   thành   Do   EWB   dùng   phương   pháp   Newton­  Raphson để  giải các mạch điện phi tuyến nghĩa là khi gặp các linh kiện phi  tuyến EWB sẽ tuyến hóa chúng cho nên sẽ dẫn đến sai số. Khi các sai số này  nằm trong dung sai được chỉ định trước trong q trình phân tích mạch thì kết   sẽ  vẫn được hiển thị. Ngược lại nếu sai số  vượt mức cho phép, thơng   tin lỗi ( error ) sẽ hiện ra và việc phân tích sẽ bị hủy bỏ trong khi mạch thực   tế vẫn hoạt động tốt. Ngồi ra EWB chủ yếu định tính ít định lượng nên sai  số  xảy ra khá lớn, điều này cũng lý giải vì sao một cấu hình máy tính, một  mạch điện, các u cầu phân tích EWB chạy nhanh ít bị treo máy hơn PSpice   Mặt khác tính liên kết giữa EWB với các phần mềm khác chưa cao 1.1.3 Phần mềm vẽ mạch điện tử Eagle: 1.1.3.1 Giới thiệu: Eagle được viết tắt từ: Easily Applicable Graphical Layout Editor là  một phần mềm trợ giúp cho cơng việc vẽ và chế tạo mạch điện tử của cơng   ty CadSoft Computer (Đức). Điều này rất thường được sử  dụng bởi những  người đam mê điện tử  tư nhân và có thể  sử  dụng phiên bản demo miễn phí  cho sử dụng phi lợi nhuận và có sẵn tiếng Anh và tiếng Đức. Cadsoft đã phát  hành phiên bản dành cho Microsoft Windows, Linux, Mac OS X. Phần mềm  này hỗ trợ thiết kế mạch in cho phép người sử dụng vẽ sơ đồ ngun lý sau  đó chuyển sang sơ  đồ  mạch in một cách tự  động. Chương trình này có thể  cho chúng ta tự tạo thư viện riêng cho mình cũng như  thiết kế  mạch in đến  16 lớp và có thể lên đến 64 lớp tuỳ theo phiên bản sử dụng 1.1.3.2 Chức năng: Eagle cung cấp một trình soạn thảo sơ  đồ, sơ  đồ  thiết kế  mạch PCB  và bố  trí biên tập tích hợp chặt chẽ, tự  động bắt đầu với tất cả  các thành  phần u cầu của sơ  đồ  mạch. Các thành phần được sắp xếp bằng tay trên   bảng với sự giúp đỡ của các dịng màu hiển thị các kết nối giữa các chân cuối  cùng được u cầu của sơ đồ mạch, để hỗ trợ trong việc tìm kiếm một vị trí  mà sẽ cho bố trí theo dõi hiệu quả nhất 1.1.3.3 Ứng dụng: Eagle cũng cung cấp một autorouter tốt mà một khi các thành phần đã   được đặt sẽ  cố  gắng để  tự  động tìm thấy một bố  trí theo dõi tối ưu để  làm  cho các kết nối điện. Nó khơng phải ln ln quản lý để  tìm một cách để  định tuyến tất cả các tín hiệu mặc dù nó vẫn sử  dụng giấy phép định tuyến   của con đường quan trọng như  điện, đường dây tần số  cao trước khi cho   phép các autorouter xử lý các kết nối khác 1.2.Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử ORCAD: 1.2.1 Giới thiệu các chức năng của phần mềm vẽ  mạch điện tử   ORCAD: 1.2.1.1 Giới thiệu: Orcad là một phần mềm  ứng dụng với những tính năng rất mạnh mẽ  trong việc mơ phỏng mạch điện, thiết kế sơ  đồ  mạch ngun lý và thiết kế  sơ đồ mạch in. CAD là chữ viết tắt của Computer Aided Design có nghĩa là <   Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính >.  1.2.1.2 Chức năng: Theo các chun gia kỹ thuật, các thầy cơ giảng dạy cũng như của các  kỹ  thuật viên thiết kế  mạch in chun nghiệp thì phiên bản mới nhất của   Orcad đã thật sự  là một chương trình đồ  sộ  và đầy quyền năng, đặc biệt là  sau khi sáp nhập với hãng Microsim, khai thác hết tất cả  các chức năng mơ  phỏng của PSpice cùng với các chức năng rất mạnh trong thiết kế  mạch in   của Orcad. Qua thư  viện rất lớn của mình cùng với các cơng cụ  tiện ích,  Orcad đã trở  thành là hãng đi đầu trong lĩnh vực vẽ, mơ phỏng và thiết kế  mạch in.   1.2.1.3 Ứng dụng: Trong lĩnh vực vẽ  và thiết kế  mạch in có nhiều chương trình có chức  năng tương tự. Nói chung mỗi chương trình đều có một ưu điểm riêng, Orcad   là một trong những phần mềm vẽ và thiết kế mạch in có nhiều chức năng và   được sử  dụng rộng rãi trên khắp thế  giới. Ngồi ra Orcad cho phép người   thiết kế  khai thác được các chức năng thiết kế  mạch  ở mức độ  cao như  mô   phỏng mạch điện tử, thiết kế chip… 1.2.2 Giới thiệu các phiên bản của phần mềm vẽ  mạch điện tử   OrCAD: 1.2.2.1 Phiên bản chạy trên hệ điều hành Ms Dos: Phần mềm Orcad đã trải qua nhiều lần cập nhật từ phiên bản 3.2 chạy  trên nền Ms Dos cho tới phiên bản 4.0 đã có những cập nhật đáng kể  tuy  nhiên cũng có những hạn chế  nhất định như  các câu lệnh phải nhập từ  bàn  phím điều đó địi hỏi người thực hiện phải nhớ câu lệnh và cú pháp của nó,   tốc độ truy xuất cịn chậm… 1.2.2.2 Phiên bản chạy trên hệ điều hành Windows: Tiếp theo là phiên bản 7.0 và sau đó là 9.0 chạy trên nền Windows đã  làm say mê những người thiết kế  mạch in chun nghiệp thì nay tới phiên  bản 9.2 có lẽ khơng cịn phải bàn về  sức mạnh của nó nữa mà chỉ quan tâm  đến việc làm sao khai thác và sử  dụng Orcad trong cơng việc. Ngồi ra phần   mềm này cịn tiếp tục nâng cấp và cải tiến liên tục từ  Orcad 10.0, 15.7 và  hiện nay đã là phiên bản 16.0 thì rõ ràng chúng ta sẽ  cịn tìm thấy trong đó  những điều thú vị về tiện ích ứng dụng để hồn thiện mạch điện. Với những  người mới bắt đầu bước chân vào thiết kế mạch in, nếu trước đây họ  chưa     mơ   tưởng     có   ngày   thiết   kế   với   Orcad   chạy     môi   trường  Windows do sự  phức tạp của nó thì nay họ  có thể  nghĩ đến và thực hiện  được. Tuy nhiên cần lưu ý Orcad dù mạnh thế nào đi nữa cũng chỉ là cơng cụ  hổ trợ cho việc thiết kế mà thơi. Muốn làm tốt việc vẽ và thiết kế  mạch in,   chúng ta cần có kiến thức chun mơn mới có thể  khai thác hết chức năng   của chương trình 1.3. Câu hỏi thảo luận (có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm) 1. Trình bày các chức năng và ứng dụng của phần mềm Circuit Maker ?  2. Trình bày các chức năng và ứng dụng của phần mềm Electronic  Workbench ?  3. Trình bày các chức năng và ứng dụng của phần mềm Eagle ?  10 ...  THIỆU PHẦN MỀM VẼ  MẠCH  ĐIỆN TỬ  ORCAD  VÀ  CÁC PHẦN MỀM VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ KHÁC Mục tiêu Kiến thức: ­? ?Trình? ?bày đúng các chức năng, phiên bản của các phần mềm? ?vẽ? ?mạch   điện? ?tử? ? như:  Circuit Maker, Electronic Workbench, Eagle... thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử thông dụng: 1.2 Giới thiệu phần mềm vẽ mạch điện tử ORCAD: 1.3 Câu hỏi thảo luận .10  BÀI 2. CÀI ĐẶT PHẦN MỀM VẼ MẠCH ĐIỆN TỬ ORCAD PHIÊN BẢN 9.2                 ... Nội dung chính 1.1.Giới thiệu các phần mềm? ?vẽ? ?mạch? ?điện? ?tử? ?thơng dụng: 1.1.1 Phần mềm? ?vẽ? ?mạch? ?điện? ?tử? ?Circuit Maker:  1.1.1.1 Giới thiệu: Circuit Maker là một chương? ?trình? ?điện? ?tốn  ứng dụng với những tính