Tìm hiểu và thiết kế mạch in sử dụng phần mềm Eagle hoặc Altium

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 1 CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tên đề tài Tìm hiểu và thiết kế mạch in sử dụng phần mềm Eagle hoặc Altium Cán bộ hướng dẫn TS Lương Văn Sử Sinh viên thực.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tên đề tài: Tìm hiểu thiết kế mạch in sử dụng phần mềm Eagle Altium Cán hướng dẫn : TS Lương Văn Sử Sinh viên thực : Lưu Kim Yến - 20010720 Đỗ Quang Vũ - 20010719 Lớp : K14 - TĐH2 Khoa : Điện – Điện tử Hà Nội 2022 MỤC LỤC PHIẾU ĐÁNH GIÁ QÚA TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 10 Lời nói đầu .13 Chương 1: Lý thuyết tổng quan .14 1.1 Amplifier circuit 14 1.1.1 Hoạt động Class A 15 1.1.2 Single Stage Amplifier circuit 15 1.1.3 Cấu hình Darlington Transistor 16 1.1.4 Transformer- Coupled Amplifier Circuit 17 1.2 Tổng quan mạch khuếch đại .17 1.2.1 Các linh kiện sử dụng với cơng dụng mạch .18 1.2.2 Tính giá trị Q – Point 19 1.2.3 Tính tốn mức độ khuếch đại, trở kháng 21 1.3 Mạch Darlington 21 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24 2.1 Giới thiệu phần mềm Eagle 24 2.1.1 Tổng quan phần mềm Eagle .24 2.1.2 Vẽ sơ đồ nguyên lý 32 2.1.3 Thiết kế mạch in 36 2.1.4 Biểu diễn 3D 43 2.2 Giới thiệu phần mềm Altium 45 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến 2.2.1 Đặc trưng Altium 45 2.2.2 Các bước thiết kế mạch điện tử 46 2.2.3 Các tổ hợp phím tắt thường dùng Altium Design 47 2.2.4 Quy trình tạo file thiết kế mạch phần chức Altium Design 50 2.3 So sánh hai ứng dụng .53 2.4 Thiết kế mạch in phần mềm mô Altium .53 2.4.1 Thiết kế mạch schematic 53 2.4.2 Thiết kế PCB 54 2.4.3 Các bước thiết kế mạch in Altium 55 2.5 Thiết kế mạch in 60 Chương Kết thực kết luận 62 3.1 Kết mô Oscilloscope 62 3.2 Kết thực nghiệm .64 3.2.1 Các tham số 65 3.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch .65 3.3 Kết luận hướng phát triển đề tài .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Ví dụ minh họa khối khuếch đại [1] 14 Hình 2: Mạch khuếch đại CE sử dụng BJT .16 Hình Sơ đồ mạch Dảlington 16 Hình 4: Mạch khuếch đại biến áp 17 Hình 5: Mạch khuếch đại Darlington .17 Hình 6: Mạch tương đương DC .20 Hình 7: Mạch Darlington 21 Hình 8: Mạch lắp thử nghiệm Board trắng 23 Hình 9: Giao diện cách tạo file Eagle .24 Hình 10: Giao diện hình tương tác 25 Hình 11: Cách tạo file Schematic 25 Hình 12: Giao diện Schematic 26 Hình 13: Vị trí cơng cụ 26 Hình 14+15 Cách hiển thị lưới toạ độ 30 Hình 15 .30 Hình 16: : Kết hiển thị lưới toạ độ .30 Hình 17: Các chức zoom 31 Hình 18: Các chức đường dây nối 31 Hình 19: Giao diện Schematic 32 Hình 20: Bảng linh kiện 32 Hình 21: Thanh tìm kiếm linh kiện 33 Hình 22: Tính chất điện trở ký tự EU US 33 Hình 23: Hiển thị linh kiện Schematic .34 Hình 24: Đường nối linh kiện 34 Hình 25: Kiểm tra nối mạch 35 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 26: Tạo điểm nối mạch 35 Hình 27: Tạo file PCB .36 Hình 28: Giao diện mạch in .37 Hình 29: Chuyển từ Schematic sang PCB .38 Hình 30: Giao diện PCB sau chuyển đổi 38 Hình 31: Thay đổi khung ao quanh mạch 39 Hình 32: Lỗ bắt ốc cố định 40 Hình 33: Vẽ dây AutoRouter 41 Hình 34: Đi dây thủ cơng 42 Hình 35: Polygon cho đường dây 42 Hình 36: Rasnest cho đường dây Polygon 43 Hình 37: Giao diện phần mền Fusion 360 .43 Hình 38: Giao diện tương tác Fusion 360 44 Hình 39 Giao diện mạch in từ Eagle Fusion 360 .44 Hình 40: Mạch 3D 44 Hình 41: Tạo Project .50 Hình 42: Đặt tên file .51 Hình 43: Tạo File Schematic 51 Hình 44: Tạo File PCB .52 Hình 45: Mạch Darlington .53 Hình 46: Giao diện PCB linh kiện chuyển từ schematic .55 Hình 47: Sắp xếp linh kiện theo nhìn thân (Chú ý: xếp cho đường dây không trồng chéo lên nhau) 56 Hình 48: Bao quanh mạch 57 Hình 49: Mạch điện sau dây 57 Hình 50: Mạch in sau phủ đồng 58 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 51: Mạch hồn chỉnh sẵn sàng đem in để làm mạch thực tế 58 Hình 52: Mạch 3D mơ Altium .59 Hình 53: Mạch in sau xuất File pdf để đem in 59 Hình 54: Thực in mực tô lại mạch sau 60 Hình 55: Quá trình pha dung dịch Fe+ để ngâm phíp đồng in mạch 61 Hình 56: Quá trình thực khoan lỗ hàn linh kiện lên mạch điện 61 Hình 57: Mạch điện hồn chỉnh sau bước làm 62 Hình 58: Sơ đồ khối kết nối đầu vào đầu cho mạch 63 Hình 59: Thơng số Setup máy cấp nguồn DC Power Supply 63 Hình 60: Thơng số Setup máy cấp nguồn AC (Máy AFG 1022) 64 Hình 61: Kết thị máy Oscilloscope 64 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng phím tắt Schematic 48 Bảng 2: Bảng phím tắt PCB 49 Bảng 3: Bảng phím tắt 3D 50 Bảng 4: So sánh Eagle Designer Altium Designer 53 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến PHIẾU ĐÁNH GIÁ QÚA TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN I KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ SV tự đánh giá TT Nội dung đánh giá Đạt 10 11 Lập kế hoạch yêu cầu Thực tiến độ theo kế hoạch Thực nhiệm vụ giao Thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu Phân tích tổng hợp liệu Phối hợp làm việc nhóm Khả làm việc độc lập Năng lực phân tích Năng lực chuyển giao Năng lực thiết kế mạch Năng lực vận hành khai thác thiết bị đo Năng lực thực hiện(Lắp ráp, chế tạo mạch, sản phẩm ) Năng lực kiểm tra, khảo sát mạch linh kiện Năng lực bảo trì thiết bị mạch Năng lực trình bày(Viết báo cáo, thuyết trình, )       12 13 14 15 GV Kiểm tra Yêu cầu Không Xác Không Làm đạt nhận đạt lại/sửa đạt chữa          Kết luận: Nhóm chúng em hồn thành xong nhiện vụ gia; nắm quy trình thiết kế, làm mạch điện đơn giản; biết cách sử dụng thiết bị đo có phịng 501-A4 phòng 504-A4 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2022 Người tự đánh giá II Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 20 Cán hướng dẫn Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Tên đề tài: Tìm hiểu thiết kế mạch in sử dụng phần mềm Eagle Altium Sinh viên thực hiện: Lưu Kim Yến Lớp: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hoá E_mail: 20010720@st.phenikaa-uni.edu.vn Giáo viên hướng dẫn: E_mail: ĐT: 0965437540 Lương Văn Sử su.luongvan@phenikaa-uni.edu.vn ĐT: 0986235122 Kế hoạch thực chi tiết: TG TT ĐỊA ĐIỂM PHÂN CÔNG T.HIỆN NHIỆM VỤ NỘI DUNG (TUẦN) TG Thư viện, - Tìm hiểu phần mềm thiết kế mạch in: Các - Phân cơng nhóm trưởng Phịng Thực 14/03/2022 - Cả nhóm tham gia bước thực dự án; hành 504, Đặc điểm thơng số - Tìm hiểu sản phẩm Từ ngày: 503 đến ngày: tìm hiểu thảo luận nhóm 01/04/2022 - Lập kế hoạch thực ứng dụng -Điện thoại: 0965437540 thực tế E_mail: 20010720@st.phenikaauni.edu.vn 10 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Sử dụng linh kiện: Transistor 2n222; Resistor: 120k𝛺, 4.8k𝛺, 1.2k𝛺; Tụ hoá: 10𝜇𝐹,100 𝜇𝐹; Biến trở: 1M𝛺; Header Thiết kế PCB Để thiết kế PCB thích hợp cần ý theo vài nguyên tắc bên dưới:  Quy tắc thiết kế bố trí linh kiện - Khoảng cách đường dây với viền mạch lớn 5mm - Ưu tiên đặt linh kiện hay có diện tích lớn làm tâm - Linh kiện có cơng suất lớn đặt vị trí dễ tản nhiệt - Đầu đầu vào cần đặt cách xa - Cần đặt linh kiện có cơng suất cao vị trí khó chạm vào để tránh gây hại - Linh kiện nhạy cảm với nhiệt đặt xa linh kiện phát nhiệt - Bố cục cân bằng, đồng đều, theo sát - Tụ lọc nên đặt gần vị trí đầu - Linh kiện có kích thước nhỏ nhiệt lượng cao cần bổ sung thiết bị tản nhiệt  Quy tắc thiết kế dây - Dây nên tránh góc nhọn, vng Nên dây với góc 45 độ - Tín hiệu cao tần nên dây ngắn - Tín hiệu đầu đầu vào cố gắng tránh dây song song gần 54 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến - Hướng dây nguồn dây tiếp đất mạch lớp nên thống với hướng liệu - Dây tiếp đất kỹ thuật dây tiếp đất mô cần tách riêng - Bố trí dây tồn mạch, khoan lỗ cần phải đồng - Dây nguồn dây tiếp đất nên ngắn dày, đoạn vòng nguồn tiếp đất nên thiết kế ngắn 2.4.3 Các bước thiết kế mạch in Altium Update PCB Document: Sau thiết kế schematic, ta cần tạo chương trình PCB, đổi tên, chuyển đổi từ schematic sang PCB Hình 46: Giao diện PCB linh kiện chuyển từ schematic Kéo mạch vào bảng đen xếp vị trí thích hợp Chú ý theo nguyên tắc nêu phía bên 55 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 47: Sắp xếp linh kiện theo nhìn thân (Chú ý: xếp cho đường dây không trồng chéo lên nhau) Ta bao quanh mạch lớp Keep- Out Layer (Place  Keepout  ấn Tap  chọn Keep-Out Layer Restricted for Layer) Nhấn vào đường kẻ ấn Tab để chọn toàn đường Keep-Out Layer Chọn Design  Board Shape  Define Board Shape from Selected Objects, để thu gọn mặt phẳng 56 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 48: Bao quanh mạch  Đi dây ý nguyên tắc bên Hình 49: Mạch điện sau dây 57 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến  Phủ đồng để bảo vệ mạch dòng cao Hình 50: Mạch in sau phủ đồng  Mạch in sau thiết kế: Hình 51: Mạch hồn chỉnh sẵn sàng đem in để làm mạch thực tế 58 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 52: Mạch 3D mơ Altium  Xuất thành file PDF để dễ dàng việc in mạch thực tế (chọn File> Fabrication Outputs> Final> Chọn file cần in chọn Print (Trước cần vào Print setup để thay đổi thơng số).) Hình 53: Mạch in sau xuất File pdf để đem in 59 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến 2.5 Thiết kế mạch in Thiết kế mạch in bước cuối để hoàn thiện thành mạch điện hồn chỉnh sử dụng Các bước làm: Bước 1: In mạch giấy bóng áp vào miếng board đồng Là vòng khoảng 5’ để nguội Sau xong ta dùng bút long khơng xố tơ lại nét bị đứt Hình 54: Thực in mực tơ lại mạch sau Bước 2: Pha bột sắt vào nước thả miếng Board đồng để ăn mòn khoảng 3045’ Để đẩy nhanh q trình ăn mịn dung dịch với phíp đồng ta dùng nước ấm kết hợp với việc lắc dung dịch tốc độ ăn mòn nhanh (Như phòng A4-501 có máy lắc để làm việc thay cho iệc lắc thử công) 60 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 55: Quá trình pha dung dịch Fe+ để ngâm phíp đồng in mạch Bước 3: Sau ăn mịn hết phần đồng khơng cần thiết ta đem mạch điện rửa nước chà qua lớp mực bên (Chà lực vừa phải) Nếu nên sử dụng dung dịch nhựa thông, xăng thơm để phủ lên mạch nhằm bảo vệ Oxi hóa mơi trường lên mạch điện Bước 4: Khoan mạch thực hàn gắn linh kiện vào Board mạch Hình 56: Quá trình thực khoan lỗ hàn linh kiện lên mạch điện 61 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Chương Kết thực kết luận 3.1 Kết mô Oscilloscope Hình 57: Mạch điện hồn chỉnh sau bước làm Sau lắp hoàn thiện mạch, ta đem chạ thử phòng A4-504 cách cấp đầu vào nguồn AC (Máy tạo xung); nguồn DC Đầu vào - Cấp nguồn AC (Hình 60) với điện áp 200mVrms với tần số 1Khz - Cấp nguồn DC (Hình 59) với điện áp 9V cường độ dòng điện 0.2A Đầu ra: đo máy Oscilloscope hình 61 ta thực kẹp đo sau: - Đầu đo 1: Dùng để đo đầu vào (Input) - Đầu đo 2: Dùng để đo đầu (Output) 62 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Để đảm bảo cho việc dễ hình dung cách cấp đầu vào đầu cho mạch bạn nhìn sơ đồ khối Hình 58: Sơ đồ khối kết nối đầu vào đầu cho mạch Hình 59: Thông số Setup máy cấp nguồn DC Power Supply 63 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến Hình 60: Thơng số Setup máy cấp nguồn AC (Máy AFG 1022) Hình 61: Kết thị máy Oscilloscope 64 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến 3.2 Kết thực nghiệm Mạch hoàn thiện đưa kết khuếch đại theo lý thuyết tính tốn Ta so sánh hình ảnh hai mạch với khoảng cách ô nhỏ Input (Đường màu vàng) với khoảng cách ô nhỏ Output Từ dễ dàng tính tốn giá trị khuếch đại qua mạch 3.2.1 Các tham số Nguồn cung cấp Điện áp Peak to Peak Tần số 3.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch Tín hiệu xoay chiều đưa vào mạch, lọc tụ Nguồn DC cấp vào mạch qua Transistor cấp lượng cho mạch khiến cho tín hiệu khuếch đại Tín hiệu lọc tụ đưa 3.3 Kết luận hướng phát triển đề tài - Về kiến thức: Đã nghiên cứu mạch khuếch đại đơn giản - Về thực nghiệm: + Biết cách thiết kế mạch phần mềm Eagle Altium + Chế tạo thành công mạch khuếch đại Darlington + Nâng cao kỹ vận hành thiết bị đo, dụng cụ điện tử, máy khoan, hàn… - Hướng phát triển: 65 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến + Phát triển thành mạch khuếch đại phức tạp + Vận dụng mạch vào thiết bị điện tử 66 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Introduction to the Amplifier an Amplifier Tutorial,” Basic Electronics Tutorials, Jul 16, 2013 https://www.electronicstutorials.ws/amplifier/amp_1.html (accessed Jun 25, 2022) [2] Supplyframe, “Altium Designer Loader Download,” Component Search Engine https://componentsearchengine.com/library/altium?gclid=CjwKCAjwwdWVBh A4EiwAjcYJEEss89lJ81hjpOeAHqQa1P_FV5vwJFMaMuU4_hkO2xCsRYL3 YEcLdBoC3uMQAvD_BwE (accessed Jun 25, 2022) [3] “Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch in Altium Design.” http://webcongnghiep.com/threads/1224-Gioi-thieu-phan-mem-thiet-ke-machin-Altium-Design (accessed Jun 25, 2022) [4] Thànhh Lộcc, Altium Bài Hướng dẫn tạo project altium designer 20, (2020) Accessed: Jun 25, 2022 [Online Video] Available: https://www.youtube.com/watch?v=-ezcYIBnfNw [5] “Class A Amplifier - Class-A Transistor Amplifier Tutorial,” Basic Electronics Tutorials, Jul 25, 2013 https://www.electronicstutorials.ws/amplifier/amp_5.html (accessed Jun 25, 2022) [6] “How does an Amplifier Work? (Class-A) - YouTube.” https://www.youtube.com/watch?v=dKTbrZMscpM&list=PLOZELxMOYNN6 NHwKRXjOLmH3sofjIviiN&index=1 (accessed Jun 25, 2022) [7] C ty C phần T G D Động, “Tổng hợp phím tắt Altium Designer thiết kế mạch nhanh chóng,” Thegioididong.com https://www.thegioididong.com/game-app/tong-hop-cac-phim-tat-trong-altiumdesigner-thiet-ke-mach-1316346 (accessed Jun 25, 2022) [8] “Basic Amplifier.” https://www.tutorialspoint.com/amplifiers/amplifier_basic.htm (accessed Jun 25, 2022) [9]chromeextension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/http://mientayvn.com/Bo _suu_tap_ky_thuat_cong_nghe/Giao_trinh_thiet_ke_mach_dien_tu_thong_dun g/mientayvn.com.giao_trinh_moi_eagle_5_6_vutbay_net_3191.pdf 67 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến [10] “EAGLE (program),” Wikipedia Feb 01, 2022 Accessed: Jun 25, 2022 [Online] Available: https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=EAGLE_(program)&oldid=1069304 290 68 Project 1: Đỗ Quang Vũ – Lưu Kim Yến ... sánh hai ứng dụng .53 2.4 Thiết kế mạch in phần mềm mô Altium .53 2.4.1 Thiết kế mạch schematic 53 2.4.2 Thiết kế PCB 54 2.4.3 Các bước thiết kế mạch in Altium ... hiểu phần mềm Eagle (Eagle Altium) : Sử Đỗ Quang Vũ: Tìm hiểu dụng so sánh hai phần phần mềm Altium mềm (Báo cáo giáo viên hướng dẫn) - Thiết kế bảng mạch hoàn chỉnh phần mềm vẽ mạch Từ ngày: 01/06/2022... hai phần mềm tạo để thực hành động này, gồm: Eagle Altium Mỗi phần mềm có tiện ích riêng, khả hoạt động điểm mạch khác Chúng báo cáo Tại đây, nhóm lựa chọn phần mềm Altium để thiết kế mạch Darlington