BÁO cáo THỰC tập cơ bản đề tài THIẾT kế MẠCH IN BẰNG PHẦN mềm ORCAD MẠCH DAO ĐỘNG DỊCH PHA RC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ****o0o**** BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH IN BẰNG PHẦN MỀM ORCAD MẠCH DAO ĐỘNG DỊCH PHA RC Giảng viên hướng dẫn: THS VŨ HỒNG VINH Sinh viên thực hiện: Nguyễn Phương Linh MSSV: 20206203 Lớp: CTTN Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông Hà Nội, tháng 11 năm 2021 MỤC LỤC Giới thiệu mạch dao động dịch pha RC .3 Giới thiệu chung .3 Nguyên lý hoạt động 3 Đánh giá Thiết kế mạch nguyên lý Tạo file nguyên lý Thêm thư viện linh kiện vào mạch nguyên lý Đi dây linh kiện 11 Kiểm tra chuẩn bị cho file PCB .12 Thiết kế mạch in PCB 14 Tạo file PCB 14 Thêm footprint cho linh kiện dây 15 Phủ đồng làm đường biên 21 Kết luận 24 Những điều học .24 Những điều cịn thiếu sót 24 Lời cảm ơn cam kết 24 Tài liệu tham khảo 25 Giới thiệu mạch dao động dịch pha RC Giới thiệu chung Mạch dao động mạch có khả chuyển đổi lượng từ DC sang AC Có nhiều loại mạch dao động tạo dạng song tín hiệu khác hình sin, vng, tam giác, Ở này, em đề cập tới mạch dao động dịch pha RC – Một loại mạch dao động tạo sóng hình sin tần số dao động mạch phụ thuộc vào thông số phần tử R C, thường sử dụng tần số thấp Có nhiều cách mắc mạch dao động dịch pha RC dùng JFET hay Op Amp, BJT Trong nội dung báo cáo này, em đề cập tới cách dùng BJT Nguyên lý hoạt động Mạch dao động tạo song sin có nguyên tắc hoạt động chung: gồm khâu, khâu khâu khuếch đại đóng vai trị trì dao động khối khâu chọn lọc tần số dao động Mạch dao động dịch oha RC có khâu gồm khối: Khối khuếch đại đảo + khối hồi tiếp lọc thông cao RC; phải đáp ứng điều kiện theo tiêu chuẩn Barkhausen tổng độ lệch pha vịng kín phải 360 độ độ lợi vòng kín [Sơ đồ khối mạch dao động dịch pha] Trước hết, phần hồi tiếp: Câu hỏi đặt ta cần dùng lọc thông cao RC hay 5? Để hiểu điều đó, ta xét trường hợp đơn giản - mạch chuyển pha sử dụng điện tở tụ điện mắc nối tiếp hình vẽ Theo lý thuyết học lớp 12 mạch RC, sụt giảm điện trở pha với dòng điện tụ điện trễ pha 90 độ so với dòng điện, nên vẽ giản đồ vecto tổng hợp vector, ta thi góc lệch alpha Trong trường hợp lý tưởng, ta tạo độ lệch pha gần 90 độ thực tế nhiều tụ điện khơng phải lý tưởng Chính vậy, ta cần điều chỉnh giá trị R C để độ lệch pha đạt 60 độ sử dụng tới lọc thông RC để tổng độ lệch pha 180 độ, cộng với độ lệch pha khối khuếch đại đảo 360 độ => Thỏa mãn điều kiện cần Trong phần khuếch đại: Một bóng bán dẫn sử dụng phần tử tích cực điểm hoạt động bóng bán dẫn thiết lập điện trở điện áp cung cấp Vcc Hoạt động Khi nguồn cung cấp, điện áp nhiễu bắt đầu dao động mạch Dòng điện cực B khuếch đạo tạo độ lệch pha 180 độ cho dịng điện Tín hiệu bị lệch pha phản hồi bị lệch pha thêm 180 độ tổng 360 độ lệch pha Khi độ lợi vịng dao động trì tạo Đánh giá Mạch dao động dịch pha RC mạch dao động điện tử tạo sóng sin, bào thiết kế sử dụng bóng bán dẫn Mạch dùng hồi tiếp dương có ưu điển làm tân tín hiệu ngõ vào mạch khuếch đại, khiến độ lợi mạch khuếch đại tăng nhiên độ lợi mạch khơng ổn định Mạch dao động dùng BJT phụ thuộc vào yếu tố bất ổn thay đổi nhiệt độ, điện áp nguồn cung cấp, điện dung kí sinh transistor,… dẫn tới bất ổn định biên độ tín hiệu tần số dao động Chất lượng mạch dao động phụ thuộc vào: Sự ổn định nguồn cấp; thông số ổn định nhiệt mạch; tần số dao động mạch phải khơng có ảnh hưởng điện dung kí sinh bên transistor Do vậy, việc sử dụng Transistor để tạo dao động dịch pha RC: - Chỉ ổn định cho tần số thấp - Yêu cầu mạch bổ sung để ổn định biên độ dạng sóng - Độ xác tần số không tuyệt đối - Hiệu ứng tải bất lợi, nhiều lọc xếp tầng ảnh hưởng tới độ xác tần số dao động dịch pha thực tế so với tính tốn Chính ưu/nhược đặc điểm mạch, mạch dao động dịch pha RC thường sử dụng tạo dao động âm Ngồi cịn ứng dụng biến tần sóng sin, tổng hợp giọng nói, GPS, nhạc cụ Thiết kế mạch nguyên lý Tạo file nguyên lý Để tạo mạch nguyên lý (Schematic), ta sử dụng phần mềm Capture CIS Orcad 18 Sau cài đặt Orcad, tiến hành chạy ứng dụng Capture CIS bẳng cách click chuột trái Sau giao diện Capture CIS lên, tiến hành chọn File/New/Project Hộp thoại New project xuất hiện, mục Name điền tên file schematic phần Location bấm Browse để chọn vị trí lưu file nguyên lý Vậy ta tạo xong file mạch nguyên lý có vùng sau (tùy phiên Orcad khác phần vùng cửa sổ điều chỉnh khác, ) Thêm thư viện linh kiện vào mạch nguyên lý Để sử dụng thêm linh kiện được, ta cần add thư viện Chọn Place part công cụ bên phải Hộp thoại Place Part lên Chọn Add Library để thêm thư viện chọn tất thư viện cần thêm, sau bấm Open ta thêm thư viện thành công Tiếp theo, tiến hành lấy linh kiện cần sử dụng, cụ thể bảng sau Linh kiện IC LM7805 Tụ điện Điện trở Transistor Part LM7805 CAP R 2N1069 Library ANALOG2 DISCRETE DISCRETE TRANSISTOR Số lượng Để lấy linh kiện, ta chọn thư viện tương ứng mục Libraries nhập keyword vào phần Part, sau click chuột phải để lấy linh kiện click chuột phải vào vùng làm việc để thêm linh kiện vào mạch nguyên lý Để lấy mass, ta chọn Place ground công cụ bên tay phải chọn CAPSYM mục Libraries chọn GND mục Symbol Sau bấm OK click chuột trái để thêm mass Để dễ nhìn theo dõi, ta tiến hành đổi tên linh kiện, thêm giá trị, cách chọn linh kiện cần sửa click chuột phải chọn Edit propertie thay đổi thơng số/tên/chi tiết Sau hồn thành tất cả, ta thu mạch nguyên lý sau: Kiểm tra chuẩn bị cho file PCB Để tạo mạch in PCB, ta cần phải có file “.mnl” trước Ở vùng bên trái hình, chọn vào file thực hiện, sau click Design rules check cơng cụ phía Hộp thoại Design Rules check lên, chọn nhu cầu quy định ảnh bấm OK Nếu có lỗi báo cửa sổ Session Log, ta sửa lỗi báo lại Nếu mạch ta tiến hành làm bước Chọn Creat nestlist cơng cụ phía trên, hộp thoại Creat Nestlist lên, chọn Layout bấm Browse để chọn vị trí lưu file “.mnl” click OK Thiết kế mạch in PCB Tạo file PCB Chúng ta dùng phần mềm Layout Orcad 18 để tạo mạch in PCB Mở phần mềm chọn File/New cửa sổ lên yêu cầu chọn template cho file, ta thường chọn file mặc định DEFAULT.TCH Tiếp theo cần thêm nguồn danh sách đường dây (file mnl ta tạo lúc trước), trỏ tới địa ta lưu file mnl bấm Open Cửa sổ giúp chọn vị trí lưu file PCB, tên file (.max) Sauk hi hoàn thành bấm Save Thêm footprint cho linh kiện dây Sau tạo file max, có cửa sổ lên yêu cầu thêm footprint cho linh kiện lần đầu sử dụng (những linh kiện sử dụng thêm footprint tự động lưu lại cho lần sau) Nếu muốn tạo footprint chỉnh sửa footprint có sẵn khơng có chân có sẵn phù hợp với linh kiện, click Create or modify footprint library Còn bấm Link existing footprint to component để thêm footprint có sẵn vào linh kiện Ở em chọn Link existing footprint to component thêm file thư viện bảng Linh kiện Tên Thư viện IC LM7805 Tụ điện Điện trở Transistor TO202AA CYL/D.150/LS.125/.031 AX/.350X.100/.031 TO225AA TO TM_CYLND TM_AXIAL TO Sau thêm hết chân, ta có hình làm việc sau Để xóa (bấm Delete), xoay (phím tắt R),… chữ, ta chọn Text tool công cụ phía Sau để thay đổi vị trí, xoay linh kiện, ta chọn Component tool công cụ phía tiến hành chỉnh vị trí linh kiện chuẩn bị cho dây, Để dây, ta cần xác định sử dụng lớp vẽ mạch in nào, chọn View Spreadsheet chọn theo thứ tự Strategy/Route Layer Đây mạch bản, không phức tạp, nên ta cần in lớp Ở chọn lớp TOP hay BOTTOM được, em chọn BOTTOM Chọn lớp lớp Yes, lại chỉnh No cột Enable cách chọn cần đổi, bấm tổ hợp phím Ctr+E,và bỏ tíc Routing Enabled để đổi thành NO Bấm OK để hoàn tất Cuối cùng, ta thu bảng sử dụng lớp ảnh Tiếp theo, chọn tab View Spreadsheet đường dây vào Nets để tùy chỉnh kích thước, độ rộng Nên chỉnh đường mass độ rộng to đường tín hiệu Ở em lấy độ rơng đường tín hiệu 20 Mass 30 Để điều chỉnh độ rộng, cột Width Min Con Max, ta bấm chọn đường ta cần điều chỉnh bấm tổ hợp phím Ctr+E để thay đổi số liệu phần Min Width, Conn Width Max Width hộp thoại Edit Net hình Ta bảng đường dây hình Chúng ta bắt đầu dây Ta tự dây thủ cơng cách chọn Add/Edit Route Mode cơng cụ phía chọn chế độ dây tự động cách vào tab Auto/Autoroute/Board máy tự động dây Nếu dây chưa hết cần chỉnh sửa lại chỗ nào, ta chọn Edit Segment Mode bấm chuột trái vào chỗ cần sửa Sau dây xong, ta thu mạch hình Phủ đồng làm đường biên Bước cuối cần phủ Mass để chống nhiễu, tạo đường biên cho bo mạch, thêm thích cần thiết,… Đầu tiên, để thêm thích ta chọn Text Tool cơng cụ phía trên, chuột phải vào hình làm việc bấm New sau tiến hành thêm thích cửa sổ Text Edit Để phủ đồng mạch in, ta chọn Obstacle Tool cơng cụ phía Trỏ chuột vào hình làm việc bấm chuột phải, chọn New sau bấm tổ hợp phím Ctr+E để cửa sổ Edit Obstacle lên Ta chỉnh số liệu mục ảnh bấm OK sau hoàn tất Sau ta kéo chuột theo đường chéo phần muốn phủ Mass, sau thả chuột phủ mass thành công Tiếp theo ta tiến hành vẽ đường biên mạch cách chọn Obstacle Tool cơng cụ phía Trỏ chuột vào hình làm việc bấm chuột phải, chọn New sau bấm tổ hợp phím Ctr+E để cửa sổ Edit Obstacle lên chỉnh thông số ảnh bấm OK Ta lại tiếp tục kéo chéo chuột để vẽ phần khung thả hoàn tất Cuối ta thu mạch sau Sau cùng, trước lưu in mạch, ta kiểm tra lại lần cuối xem có lỗi gì, hay sai sót với mạch in không cách chọn Design Rule Check công cụ phía Nếu cửa sổ lên thơng báo “No errors found” ta hồn tất, cịn báo lỗi, tiến hành sửa lỗi kiểm tra lại Kết luận Những điều học Qua học phần “Thực tập bản” thầy Vinh, em thu cho kiến thức kĩ cần thiết cho người kĩ sư: - Biết cách sử dụng phần mềm Orcad Altium để thiết kế mạch nguyên lý mạch in - Tiếp cận nhiều với loại mạch trình tìm hiểu cách sử dụng phần mềm - Hiểu tổng quan sơ qua cách làm việc mạch dao động dịch pha RC ứng dụng - Biết bước làm báo cáo kỹ thuật quản lý thời gian Những điều cịn thiếu sót - Ban đầu em muốn tra datasheet trang alldatasheet để tự tạo footprint cho linh kiện xong thời gian giới hạn nên em chưa thể hoàn thành việc Đi dây xếp linh kiện chưa tối ưu Lời cảm ơn cam kết Để hồn thành báo cáo này, em có tham khảo vài tài liệu nước mạng giáo trình, anh/chị khóa trước thầy gửi em liệt kê mục tài liệu tham khảo Cịn lại em xin cam kết tồn mạch, hình ảnh khác cá nhân em không thuộc sở hữu khác Em xin chân thành cảm ơn Ths Vũ Hồng Vinh hướng dẫn em bạn lớp học phần “Thực tập bản” nói chung phần thiết kế mạch in nói riêng để em hoàn thiện báo cáo củng cố kỹ cần thiết Bài báo cáo em tránh khỏi thiếu sót, nên em mong nhận lời nhận xét thầy sau xem báo cáo để em hồn thiện rút kinh nghiệm Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Nguyễn Phương Linh ... dụng phần mềm Orcad Altium để thiết kế mạch nguyên lý mạch in - Tiếp cận nhiều với loại mạch trình tìm hiểu cách sử dụng phần mềm - Hiểu tổng quan sơ qua cách làm việc mạch dao động dịch pha RC. .. hiệu bị lệch pha phản hồi bị lệch pha thêm 180 độ tổng 360 độ lệch pha Khi độ lợi vịng dao động trì tạo Đánh giá Mạch dao động dịch pha RC mạch dao động điện tử tạo sóng sin, bào thiết kế sử dụng... loại mạch dao động tạo dạng song tín hiệu khác hình sin, vng, tam giác, Ở này, em đề cập tới mạch dao động dịch pha RC – Một loại mạch dao động tạo sóng hình sin tần số dao động mạch phụ thuộc