Giáo trình Thiết kế mạch điện tử (Nghề Cơ điện tử Cao đẳng)

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 5.4.2 Thiết lập thông số mơ Mơ sau (Hình 5.45): Hình 5.45 5.4.3 Kết Nhấn OK để lưu thiết lập nhấn Play để chạy mô phỏng, cửa sổ mô sau (Hình 5.46): Hình 5.46 170 Nhấp chuột vào Plot menu chọn thẻ Add Plot to Window (Hình 5.47) Hình 5.47 Màn hình xuất sau (Hình 5.48): Hình 5.48 Nhấp chọn vào phần hiển thị sóng phía dưới, sau nhấn chuột vào Trace menu chọn thẻ Add Trace (Hình 5.49) Hình 5.49 171 Hộp thoại Add Trace ra, ta chọn V(OUT1) để hiển thị (Hình 5.50) Hình 5.50 Kết hiển thị sau (Hình 5.51): Hình 5.51 172 Sau ta chọn khung hiển thị sóng phía trên, làm lại thao tác trên, phần Add Trace ta chọn V(OUT2) Cuối ta có kết mơ cho mạch sau (Hình 5.52): Hình 5.52 5.5 Mạch ứng dụng IC tương tự - Thiết kế mạch diện dùng Ic LM741 để mơ dạng sóng vào theo sơ đồ mạch sau (Hình 5.53) Hình 5.53 173 5.5.1 Lấy linh kiện Lấy nguồn V1như sau (Hình 5.54): Hình 5.54 Lấy nguồn 0V, ta nhấp vào GND hộp thoại Place Ground (Hình 5.55), nhấn thư viện Pspice để xóa thư viện cũ đi, sau nhấn Hình 5.55 174 để Add Lấy điện trở, ta nhấn vào Place part nhập vào Part tên linh kiện sau nhấn OK (Hình 5.56) Sau lấy đủ số lượng điện trở ta tiến hành thay đổi thơng số diện trở phù hợp với sơ đồ nguyên lý Hình 5.56 Lấy nguồn V2, ta nhấn vào Place part nhập vào Part tên VSIN sau nhấn OK (Hình 5.57) Hình 5.57 175 - Nhấp đúp vào linh kiện nhập giá trị nguồn vào sau (Hình 5.58): Hình 5.58 Kéo trượt ngang góc phải cuối hình nhập vào thơng số VAPML VOFF sau nhấn nút tắt để lưu lại (Hình 5.58) Lấy IC LM741 để thiết lập mạch số (hình 5.59) Hình 5.59 176 5.5.2 Thiết lập thơng số mơ Sau thiết lập Simulation sau (Hình 5.40): Hình 5.59 5.5.3 Kết Sau nhấn Play để mô Kết mô sau (Hình 5.60): Hình 5.60 177 5.6 Mạch ứng dụng IC số Thực mô mạch giải mã sang sau (Hình 5.61): Hình 5.6.1 5.6.1 Lấy linh kiện đặt thông số Để thực mô mạch IC số ta phải tiến hành lấy đúng đủ IC số cho sơ đồ nguyên lý thư viện Pspice Lấy IC giải mã 74LS04, ta vào thư viện Pspice nhấn vào Place part nhập vào ô Part tên linh kiện sau nhấn OK (hình 5.62) Sau lấy đủ số lượng cổng IC 74LS04 ta tiến hành thay đổi thông số IC phù hợp với sơ đồ nguyên lý 178 Hình 5.62 Lấy IC giải mã 74LS11, ta vào thư viện Pspice nhấn vào Place part nhập vào ô Part tên linh kiện sau nhấn OK (hình 5.63) Sau lấy đủ số lượng cổng IC 74LS011 ta tiến hành thay đổi thông số IC phù hợp với sơ đồ nguyên lý Hình 5.63 179 Lấy tín hiệu ngõ vào theo hình 5.64, sau nhấn OK Hình 5.64 5.6.2 Thiết lập thông số mô - Thiết lập simulation settings sau (Hình 5.65): Hình 5.65 180 5.6.3 Kết Kết mô sau (Hình 5.66): Hình 5.66 Lưu ý: Các mơ hình hố xây dựng PSpice A/D không điện trở, điện cảm, điện dung mà còn có mơ hình sau: Mơ hình dây dẫn, bao gồm độ trễ, độ dội, tổn hao, tán xạ tạp âm Mơ hình cuộn dây từ phi tuyến, bao gồm độ bão hồ từ trễ Sáu mơ hình transistor trường MOSFET Mơ hình Transistor trường có cực điều khiển cách ly IGBT MOFET Mơ hình thành phần số với vào tương tự Chú ý: Ngồi ta còn tiến hành mơ theo bước sau Bước1: Thiết kế mạch CAPTURE Tạo dự án Analog Or Mixed A/D Đưa vào phần tử Nối phần tử lại với 181 Bước 2: Xác định kiểu mô Tạo tệp tin mô tả Xác định kiểu phân tích: Một chiều, xoay chiều, độ, thời gian, tần số Chạy PSPICE Bước3: Quan sát kết Thêm đường đồ thị Sử dụng trỏ để phân tích dạng sóng Kiểm tra tệp tin đầu cần Lưu in ấn kết Ưu điểm lớn phương pháp tính trực quan Người dùng dễ dàng chuyển đổi từ sơ đồ mạch bình thường sang kiểu sơ đồ mạch dùng cho q trình mơ Với ưu điểm giao diện đồ họa, phương pháp giúp người dùng dễ dàng quan sát, xây dựng thiết lập giá trị cho thành phần xác định kiểu mô quan sát kết CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Gợi ý: Xem phần học MĐ23-05 ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI HỌC: Dụng cụ, Trang thiết bị: - Bảng, phấn bàn, ghế học tập - Các sơ đồ mạch điện mẫu, thực tế - PC, phần mềm chuyên dùng, Projector Yêu cầu đánh giá kết học tập 5: Nội dung: Vẽ sơ đồ mạch điện đúng thông số yêu cầu kỹ thuật Thiết kế sơ đồ mạch in Mô mạch điện phần mềm Phân tích dạng sóng điện áp, dòng điện vào Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo chủ động học tập 182 Phương pháp: Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành lắp ráp, mạch điện theo yêu cầu Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 183 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Mạch điện tử công nghiệp Nguyễn Tấn Phước - NXB Tổng hợp TP HCM, 2003 [2] Kĩ thuật điện tử Lê Xuân Thế, Nguyễn Kim Giao - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 [3] Giáo trình kĩ thuật mạch Đặng văn Chuyết - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2003 điện tử [4] Điện tử cơng suất Nguyễn Bính - NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 1996 [5] Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ - NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 [6] Phân tích mạch tranzito Đỗ Thanh Hải, Nguyễn Xuân Mai - NXB Thống kê, Hà Nội, 2002 184 ... 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... 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. .. 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