(NB) Giáo trình Thiết kế mạch điện tử với mục tiêu giúp các bạn có thể hiểu được phương pháp thiết kế mạch; Biết lựa chọn linh kiện trong thư viện để vẽ mạch điện; Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện theo các yêu cầu kỹ thuật; Thiết kế sơ đồ mạch in theo sơ đồ nguyên lý; Mô phỏng các mạch điện cơ bản và nâng cao; Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRỊNH THỊ HẠNH(Chủ biên) TẠ VĂN BẰNG – BÙI VĂN CƠNG GIÁO TRÌNH THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Cơ điện tử Đây môn học kỹ thuật chuyên môn nghề tự chọn chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: “Mạch điện tử công nghiệp ” tác giả Nguyễn Tấn Phước – NXB tổng hợp tp.HCM năm 2003 Tài liệu “Giáo trình kĩ thuật mạch điện tử ” tác giả Đặng Văn Chuyết – NXB giáo dục ,Hà Nội 2003 Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Trịnh Thị Hạnh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Bài Cài đặt phần mềm máy tính 1.1 Khái quát chương trình 1.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm thiết kế mạch 1.3 Khởi động chương trình 18 1.4 Cài đặt thông số ban đầu 21 1.5 Update linh kiện mới: 24 Bài 42 Vẽ sơ đồ nguyên lý 42 2.1 Tạo file thiết kế 42 2.2 Cửa sổ thiết kế 45 2.3 Vẽ sơ đồ nguyên lý 56 Bài 71 Thiết kế mạch in máy tính 71 3.1 Tạo board thiết kế 71 3.2 Cửa sổ Layout 82 3.3 Thiết kế mạch in 99 Bài 118 Mô mạch điện 118 4.1 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện 118 4.2 Mô mạch điện 125 Bài 147 Bài tập ứng dụng 147 5.1 Mạch chỉnh lưu cầu pha 147 5.2 Mạch khuếch đại đơn 158 5.3 Mạch khuếch đại công suất 162 5.4 Mạch dao động 167 5.6 Mạch ứng dụng IC số 178 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 184 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Tên mô đun: Thiết kế mạch điện tử Mã số mô đun: MĐ45 Thời gian mô đun: 60 (LT: 18 giờ; TH: 39 giờ; KT: giờ) I.Vị trí, tính chất mơ đun: * Vị trí mơ đun: Mơ đun bố trí dạy từ đầu khóa học, trước học mơ đun chun mơn * Tính chất mơ đun: Là mô đun bắt buộc * Ý nghĩa mô đun: mô đun giúp cho hoc sinh nắm bắt cấu tạo, nguyên lý làm việc mạch điện, thông số phạm vi ứng dụng mạch điện kỹ thuật * Vai trò mô đun: mô đun sở kỹ thuật II.Mục tiêu mô đun: Sau học xong mô đun học viên có lực *Về kiến thức: - Hiểu phương pháp thiết kế mạch - Biết lựa chọn linh kiện thư viện để vẽ mạch điện *Về kỹ năng: - Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện theo yêu cầu kỹ thuật - Thiết kế sơ đồ mạch in theo sơ đồ nguyên lý - Mô mạch điện nâng cao * Về thái độ: - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc III.Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân bố thời gian: Thời gian Số TT Tên mô đun Tổng số Bài : Cài đặt phần mềm máy tính Thực hành/thực Lý tập/thí thuyết nghiệm/bài tập/thảo luận Kiểm tra 17 8 Bài 3: Thiết kế mạch in 18 máy tính 1 13 Khái quát chương trình Hướng dẫn cài đặt phần mềm thiết kế mạch Khởi động chương trình Cài đặt thơng số ban đầu Update linh kiện Bài : Vẽ sơ đồ nguyên lý Tạo file thiết kế Cửa sổ thiết kế Vẽ sơ đồ nguyên lý Tao board thiết kế Cửa sổ layout Thiết kế mạch in Bài :Mô mạch điện 15 Vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện Mô mạch điện Bài :Bài tập ứng dụng Cộng 6 60 18 39 Ghi chú: Thời gian kiểm tra lý thuyết tính vào lý thuyết, kiểm tra thực hành tính vào thực hành Bài Cài đặt phần mềm máy tính Mục tiêu: - Cài đặt phần mềm thiết kế mạch máy tính - Khởi động Chương trình phần mềm thiết kế mạch sau cài đặt -Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác tác phong cơng nghiệp 1.1 Khái quát chương trình 1.1.1.Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch Phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad tập đồn Cadence® chun viên đánh giá phần mềm thiết kế mạch mạnh Orcad có mặt hỗ trợ cho kỹ thuật viên thiết kế mạch từ sớm Từ Orcad phiên 3.2 chạy DOS phiên 4.0 có cập nhật đáng kể Tiếp phiên 7.0 chạy Window làm say mê người thiết kế mạch in chuyên nghiệp, sau có phiên 9.0, 9.2, 10.5 phiên 15.7 Orcad phần mềm chuyên dụng mạnh với giao diện thân thiện, cách sử dụng đơn giản Bạn vẽ mạch nguyên lý với Orcad Capture, chạy mô với Pspice, đặc biệt chức vẽ mạch in mạnh với Orcad layout, với thư viện linh kiện khổng lồ hầu hết nhà sản xuất linh kiện điên tử cung cấp cho Orcad Có lẽ chúng ta khơng cần phải bàn tới sức mạnh mà phải quan tâm tới việc khai thác sử dụng Orcad hiệu việc thiết kế mạch Với mục đích hướng dẫn sử dụng giúp bạn thuận lợi việc thiết kế mạch, chúng xây dựng nên tài liệu “Thiết kế mạch máy tính dùng phần mềm Orcad 9.2” Trong học, bạn thấy tiện lợi kết Chương trình Orcad 9.2 người thiết kế Giáo trình biên soạn theo cách hướng dẫn bước, dù bạn người bắt đầu hay nhà thiết kế mạch in kỳ cựu giáo trình điều giúp bạn làm quen với công việc vô phức tạp, lý thú thời gian thật ngắn Chúng nghĩ tài liệu kết hợp với thực hành giúp cho bạn thực hiệu nhanh chóng việc thiết kế mạch sử dụng phần mềm Orcad Các mạch điện giáo trình mang tính tham khảo minh hoạ để bạn làm quen với thao tác lấy gọi linh kiện thư viện đồ sộ Orcad mà người bắt đầu học khó lấy nhanh Các mạch in thiết kế giáo trình chưa phải tối ưu, mang tính ví dụ Ngay việc bố trí, xếp linh kiện, bạn phải tuân thủ theo nguyên lý thiết kế mạch in tối thiểu như: Các Transistor cơng suất nên bố trí gần biên mạch in để tiện việc lắp ráp sửa chữa sau này, tụ chống nhiễu nguồn cần bố trí cho gần nguồn cấp vào chân vi mạch v.v Orcad dù có mạnh công cụ hỗ trợ thiết kế mạch mà Muốn nhà thiết kế mạch in chuyên nghiệp bạn cần phải có kiến thức chun mơn thiết kế mạch in hoàn chỉnh đưa vào sản xuất 1.1.2.Yêu cầu hệ thống Để cài đặt chạy Orcad hệ thống máy bạn phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Với 640KB nhớ - Bộ máy IBM Pentium máy tính cá nhân tương thích có đĩa chứa Chương trình cài đặt - Hệ điều hành Win9x, Winme NT,XP… - Khơng gian đĩa trống đủ cho trình ứng dụng mà bạn muốn cài đặt - Trước cài đặt phần mềm bạn cần biết loại Card hình mà bạn dùng, Orcad Capture tương thích với chuẩn VGA 1.2 Hướng dẫn cài đặt phần mềm thiết kế mạch 1.2.1 Các bước cài đặt phần mềm - Từ thư mục chứa phần mềm Orcad, nhấp đúp vào Chương trình tự động chạy Trên hình ta thấy bảng thơng báo Setup xuất (hình 1.1) để chuẩn bị cho việc cài đặt Hình 1.1 bật file cài đặt - Chương trình tự động chạy 100% cửa sổ Warning (hình 1.2) xuất hiện, nhấn nút OK để qua trang Hình 1.2 cửa sổ cảnh báo Chương trình cài đặt yêu cầu tắt tất Chương trình diệt virus, sau ấn vào OK Bảng Welcome (hình 1.3) xuất hiện, nhấn next để tiếp tục cài đặt Hình 1.3 giao diện cửa sổ welcome - Chương trình bảng License Agreement (hình 1.4) thơng báo đăng ký quyền nhấn Yes để tiếp tục trình cài đặt Hình 1.4 lisence agreement - Chọn Next để tiếp tục cài đặt (hình 1.5) Hình 1.5 chế độ tiêu chuẩn 2.3 Vẽ sơ đồ nguyên lý Ở phần này, ta bắt đầu vẽ mạch hoàn chỉnh Dưới mạch dao động dùng IC LM555 (hình 2.16) Hình 2.16 2.3.1 Chọn linh kiện Để chọn linh kiện, ta nhấn vào nhấn phím P, sau nhập tên linh kiện cần tìm vào Part Ở phần Libraries ta nên chọn tất thư viện để thuận tiện cho việc tìm kiếm linh kiện (hình 2.17) Hình 2.17 tìm kiếm linh kiện 56 Để lấy linh kiện mạch trên, ta tiến hành sau: - Lấy IC LM555 (hình 2.18) Hình 2.18 gõ tên linh kiện cần tìm - Lấy Led (hình 2.19) Hình 2.19 - Lấy điện trở (r) (hình 2.20) Hình 2.20 57 - Lấy tụ điện (cap) (hình 2.21) Hình 2.21 - Lấy tụ khơng phân cực (cap np) (hình 2.22) Hình 2.22 - Lấy Diode (diode) (hình 2.23) Hình 2.23 58 - Lấy cổng nối nguồn (con2) (hình 2.24) Hình 2.24 - Lấy nguồn ni 12V 0V ta vào biểu tượng phím mũi tên bàn phím để chọn sau: - Lấy nguồn VCC (hình 2.25) Hình 2.25 - Lấy nguồn 0V (hình 2.26) Hình 2.26 59 sau dùng - Sau lấy xong linh kiện, ta đặt linh kiện theo sơ đồ bố trí sau (hình 2.27) Hình 2.27 Ta thấy IC LM555 lấy có vị trí chân khác với so đồ nguyên lý không thấy chân số GND Để làm xuất chân số thay đổi vị trí chân ta làm sau: - Nhấp chọn vào linh kiện, nhấp phải chuột chọn thẻ Edit Part (hình 2.28) Hình 2.28 60 - Màn hình sau (hình 2.29): Hình 2.29 - Sau nhấp đúp vào ta chỉnh sửa sau: hộp thoại Pin Propertise (hình 2.30) sau Hình 2.30 - Ở phần Shape nhấp vào nút xổ xuống chọn Line (hình 2.31) Hình 2.31 61 - Tiếp tục nhấn chọn vào ô Pin Visible, sau nhấn OK để hồn thành (hình 2.32) Hình 2.32 - Việc xếp chân để thuận tiện việc nối dây, để làm thao tác ta cần nhấn vào chân cần thay đổi sau kéo đến vị trí thích hợp thả (hình 2.33) Hình 2.33 - Sau hồn thành, ta nhấn vào nút hình 2.34 sau: Hình 2.34 62 - Hộp thoại Save Part Instance xuất (hình 2.35), ta chọn lựa chọn sau Hình 2.35 lưu lại thay đỗi cho linh kiện chọn thoát thay đỗi toàn linh kiện tên Project khơng thay đổi chỉnh sửa khơng thoát tiếp tục chỉnh sửa - Ở mạch ta có IC LM555 nên ta chọn thẻ - Kết ta nhận hình 2.36 Hình 2.36 63 2.3.2 Đặt tên thơng số linh kiện Để đặt tên thông số linh kiện ta nhấp đúp vào phần Value linh kiện sau đặt thơng số cho linh kiện Đối với linh kiện bị trùng tên ta vào phần Name để thay đổi (hình 2.37) Hình 2.38 đặt tên thơng sớ linh kiện - Sau ta tiến hành đặt thông số cho tất linh kiện sơ đồ (hình 2.39) Hình 2.39 đặt thơng sớ cho tất linh kiện 64 2.3.3 Nối dây linh kiện - Để nối dây ta nhấp vào (hình 2.40) nhấn phím W để nối chân lại với Hình 2.40 nới dây 2.3.4 Tạo điểm nối kiểm tra thông mạch a Tạo điểm nối Ở mạch ta thấy phần nguồn phần mạch dao động không nối chung dây, vậy, liệu chúng có kết nối hay chưa? Để kiểm tra thông mạch ta nhấn vào dây cần kiểm tra, sau nhấn phải chuột lên dây chọn, nhấn vào thẻ Select Entire Net, phần dây đổi màu đả thơng mạch (hình 2.41) Hình 2.41 65 b Kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý tạo Netlist Kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý - Nhấp biểu tượng minimize góc phải (hình 2.42) Hình 2.42 - Màn hình sau xuất chọn page1 Nhấp biểu tượng design rules check Hộp thoại design rules check (hình 2.43), nhấp OK Nếu có thơng báo lỗi bạn sửa lỗi tiếp tục Hình 2.43 nút kiểm tra lỗi Tạo Netlist Phần chúng ta tạo netlist để từ chuyển sang vẽ mạch in OrCAD Layout Đầu tiên ta tạo file.MNL Nhấp vào biểu tượng create netlist Một hộp thoại Create Nestlist (hình 2.44) , sau ta chọn thẻ Layout nhấn Ok, hộp thoại xuất để chắn bạn muốn tạo file MNL không? Ta nhấn OK để hồn thành 66 Hình 2.44 tạo netlist Như ta đả hoàn thành việc vẽ sơ đồ nguyên lý, ta bắt đầu chuyễn qua vẽ mạch in Một số chú ý thực vẽ Capture: Add tất thư viện từ hộp thoại Libraries khung Part cho phép chúng ta gọi linh kiện Các linh kiện nằm ngổn ngang thế, để xoay linh kiện dọc, ngang, quay ngược xuôi bạn chọn vào linh kiện cần xoay ấn phím R, phím H, V( chọn vào linh kiện kích phải chuột chọn Rotate = R, Mirror Horizontally = H, Mirror Vertically = V )… xếp linh kiện cho gọn để chuẩn bị nối dây 67 Nhấp vào biểu tượng design rules check Hộp thoại Design Rules Check xuất hiện, check vào Scope, Action & Report hình bên nhấp Ok để kiểm tra Nếu có thơng báo lỗi bạn kiểm tra vị trí có khoanh tròn nhỏ màu xanh tiến hành sửa lỗi tiếp tục CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài tập: Thiết kế mạch nguyên lý sau máy tính: Mạch điều chỉnh độ sáng tối đèn Mạch chạy Led dùng IC 4017 68 Mạch điều chỉnh tốc độ động TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Gợi ý bước thực thiết kế mạch nguyên lý máy tính bao gồm: Bước 1: Tạo file thiết kế Bước 2: Lấy linh kiện Để lấy linh kiện thư viện Orcad ta nhấp vào Place part nhập tên linh kiện cần lấy vào Name sau nhấn Ok Bước 3: Sắp xếp linh kiện Sau lấy xong linh kiện, ta đặt linh kiện theo sơ đồ bố trí mạch điện cho Bước 4: Nối dây linh kiện, đổi tên thông số linh kiện Thao tác Bus đặt tên cho dây để mạch nguyên lý dễ nhìn Bước 5: Kiểm tra sơ đồ nguyên lý mạch điện vẽ máy tính Tạo điểm nối kiểm tra thông mạch Kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý tạo Netlist: chúng ta tạo netlist để từ chuyển sang vẽ mạch in 69 Trang thiết bị thời gian thực hiện: 10 máy vi tính cài đặt phần mềm Orcad 9.2 Tài liệu hướng dẫn sử dụng tập phần mềm Orcad 9.2 Máy chiếu Yêu cầu đánh giá kết học tập 2: Nội dung: + Về kiến thức: - Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Các thông số phạm vi ứng dụng mạch điện kỹ thuật + Về kỹ năng: Tạo file thiết kế Chọn công cụ phù hợp để thiết kế mạch điện - Khả mở rộng kiến thức - Thời gian thực công việc + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành + Thái độ: Chăm chỉ, nghiêm túc, xác, cơng việc 70 ... sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ” dành riêng cho học sinh -. .. chương trình 1. 1 .1. Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch Phần mềm thiết kế mạch điện tử Orcad tập đồn Cadence® chuyên viên đánh giá phần mềm thiết kế mạch mạnh Orcad có mặt hỗ trợ cho kỹ thuật viên thiết. .. đặt chạy tới 10 0% Sau chương trình hỏi phần mở rộng file mà chương trình tạo quản lý được, chọn Yes No (hình 1. 13a, 1. 2 .13 b, 1. 2 .13 c) Hình 1. 13a Hình 1. 13b Hình 1. 13c 14 - Chương trình đưa thơng