Giáo trình điện tử nâng cao (nghề điện tử công nghiệp cđ)

QUÂN KHU TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20 - - GIÁO TRÌNH Mơ đun: Điện tử nâng cao NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LỜI GIỚI THIỆU Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Khi biên soạn, nhóm biên soạn cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 180 gồm có tiểu mô đun phân bố sau: Bài : Đọc, đo, kiểm tra linh kiện SMD Bài : Kỹ thuật hàn IC Bài : Mạch điện tử nâng cao Bài : Chế tạo mạch in phức tạp Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học công nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức phù hợp với điều kiện giảng dạy Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học củng cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiến thức phù hợp với điều kiện giảng dạy Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học củng cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến người sử dụng, người đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện sau thời gian sử dụng Chúng xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa, thầy cô ban cố vấn thẩm định đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình biên soạn giáo trình Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp, phê bình bạn đọc Bài 1: ĐỌC, ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN SMD I Giới thiệu Linh kịên dán bao gồm điện trở, tụ điện,transistor linh kiện dùng phổ biến mạch điện tử Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, linh kiện chế tạo để sử dụng cho nhiều loại mạch điện tử khác có đặc tính kỹ thuật tương ứng với loại mạch điện tử Thí dụ, mạch thiết bị đo lường cần dùng loại điện trở có độ xác cao, hệ số nhiệt nhỏ; mạch thiết bị cao tần cần dùng loại tụ điện có độ tổn hao nhỏ; mạch cao áp cần dùng tụ điện có điện áp cơng tác lớn Những linh kiện linh kiện rời rạc, lắp ráp linh kiện vào mạch điện tử cần hàn nối chúng vào mạch Trong kỹ thuật chế tạo mạch in vi mạch, người ta chế tạo ln điện trở, tụ điện, vịng dây mạch in vi mạch II Mục tiêu:  Phân biệt loại linh kiện điện tử hàn bề mặt rời mạch điện  Đọc, tra cứu xác thơng số kỹ thuật linh kiện điện tử dán  Đánh giá chất lượng linh kiện máy đo chuyên dụng  Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Linh kiện hàn bề mặt (SMD) Mục tiêu + Nhận biết linh kiện SMD + Sử dụng máyđo chuyên dụng + Biết sử dụng phần mềm để kiểm tra sữa chữa 1.1 Khái niệm chung Linh kiện SMD (Surface Mount Devices) - loại linh kiện dán bề mặt mạch in, sử dụng công nghệ SMT (Surface Mount Technology) gọi tắt linh kiện dán Các linh kiện dán thường thấy mainboard: Điện trở dán, tụ dán, cuộn dây dán, diode dán, Transistor dán, mosfet dán, IC dán Rỏ ràng linh kiện thông thường có linh kiện dán tương ứng 1.2 Linh kiện thụ động SMD Hình1.1: hình ảnh số linh kiện SMD a Điện trở SMD Cách đọc trị số điện trở dán: Hình 1.2: Giá trị điện trở SMD Điện trở dán dùng chữ số in lưng để giá trị điện trở chữ số đầu giá trị thông dụng số thứ số mũ mười (số số khơng) Ví dụ: 334 = 33 × 10^4 ohms = 330 kilohms 222 = 22 × 10^2 ohms = 2.2 kilohms 473 = 47 × 10^3 ohms = 47 kilohms 105 = 10 × 10^5 ohms = 1.0 megohm Điện trở 100 ohms ghi: số cuối = (Vì 10^0 = 1) Ví dụ: 100 = 10 × 10^0 ohm = 10 ohms 220 = 22 × 10^0 ohm = 22 ohms Đơi 10 hay 22 để trán hiểu nhầm 100 = 100ohms hay 220 Điện trở nhỏ 10 ohms ghi kèm chữ R để dấu thập phân Ví dụ: 4R7 = 4.7 ohms R300 = 0.30 ohms 0R22 = 0.22 ohms 0R01 = 0.01 ohms Hình 1.3: Một số giá trị điện trở SMD thơng dụng Trường hợp điện trở dán có chữ số chữ số đầu giá trị thực chữ số thứ tư số mũ 10 (số số khơng) Ví dụ: 1001 = 100 × 10^1 ohms = 1.00 kilohm 4992 = 499 × 10^2 ohms = 49.9 kilohm 1000 = 100 × 10^0 ohm = 100 ohms Một số trường hợp điện trở lớn 1000ohms ký hiệu chữ K (tức Kilo ohms) điện trở lớn 1000.000 ohms ký hiệu chử M (Mega ohms) Các điện trở ghi 000 0000 điện trở có trị số = 0ohms Bảng tra Code Resistor SMD (nguồn Cooler Master AcBel dung nhiều loại này) 1/ Mã điện trở giá trị tuơng ứng Hình 1.4: Bảng tra linh kiện SM 2/ Hệ số nhân kí hiệu chữ cái: - S Y: hệ số nhân 10-2 - R X: hệ số nhân 10-1 - A: hệ số nhân 100 - B: hệ số nhân 101 - C: hệ số nhân 102 - D: hệ số nhân 103 - E: hệ số nhân 104 - F: hệ số nhân 105 Ví dụ - 51S = 51Y = 3.32 ohm - 12R = 12X = 13 ohm - 09A = 121 ohm - 24B = 1.74 K ohm - 63C = 44.2 K ohm - 20D = 158 K ohm - 31E = 2.05 M ohm - 74F = 57.6 M ohm b Tụ SMD Quy định ký mã số biểu diễn trị số tụ điện, cách đọc trị số tụ điện Cũng giống điện trở, tụ điện ký hiệu để xác định thông số chúng Khi nắm vững ký mã số tụ điện, xác định trị số tụ điện Tụ điện thường ký hiệu hai cách: ký hiệu nhận rõ ký mã số Ký hiệu nhận rõ dùng với tụ có kích cỡ lớn, đủ diện tích để ghi trị số tụ Các tụ lớn làm gốm có dạng hình đĩa, tụ mylar (một loại polyeste) tụ hố có dư thừa diện tích để ghi ký hiệu Chú ý tụ phân cực khơng kể kích cỡ, phải quan tâm đến cực âm cực dương tụ Cần xác định cực tính tụ phân cực cách nghiêm ngặt, không làm hỏng tụ lắp ráp thay tụ vào mạch điện Ngày nay, người ta dùng ký mã số tụ cỡ nhỏ, không phân cực tụ hàn bề mặt có kích cỡ khác Các ký mã số dễ dàng nhận biết chúng tương tự kỹ thuật lập ký mã số điện trở Một dãy ba số sử dụng sau: hai số trị số tụ điện số thứ ba hệ số nhân (có số thêm vào sau trị số đặc trưng hai số đầu tiên) Ký mã số tụ điện trình bày Hình 1.5 Hầu hết ký mã số tụ điện dựa sở đơn vị đo lường pF Do đó, tụ có ký mã số 150 đọc trị số 15 khơng có số thêm vào (có nghĩa tụ có trị số 15 pF) Nếu ký mã số tụ 151 có nghĩa 15 thêm số vào bên phải, trị số tụ 150 pF Nếu ký mã số tụ 152, có nghĩa trị số tụ 1500 pF v.v Một ký mã số 224 có nghĩa số 22 có thêm số vào bên phải, trị số tụ 220000 pF Vị trí thập phân ln ln dịch sang phải Mặc dù hệ thống ký mã số dựa sở đơn vị pF, trị số biểu thị micrôfara (ỡF) đơn giản cách chia trị số picofara cho triệu (1000000) Ví dụ, tụ có trị số 15 pF gọi tụ 0,000015 ỡF Việc điện dung tụ nhỏ, ví dụ 15 pF, chuyển sang đơn vị ỡF không thuận tiện, ghi đơn vị pF lại thuận tiện ghi trị số thân tụ dễ dàng đọc trị số tụ Các tụ có trị số điện dung lớn thường thể đơn vị ỡF Để khẳng định ước đốn trị số tụ, đo trị số điện dung tụ điện đồng hồ o in dung Trị số Hệ số nhân (số chữ sè 0) Hình 1.5: Đọc ký hiệu mã số thân tụ điện c Cuộn cảm SMD Loại: SMD 4042 Ví dụ: L040 2- 2N7J có thơng số 2.7nH SMD 0402 5% inductor Loại: SMD 0805 Ví dụ L0402-8N2J: có thông số : 8.2nH SMD 0402 5% inductor d Diode SMD Diode cầu SMD Diode chỉnh lưu SMD: 1N4007 – M7: Diode switching SMD Ví dụ : LL4148 SMD Diode 50mA/100V 1.3 Linh kiện tích cực SMD a Transistor SMD : 2SC3356 SMD Transistor b.Mosfet SMD VD: SUB85N03: N-Channel 30V 85A 107W POWER MOSFET Khai thác sử dụng máy đo chuyên dụng SMD Mục tiêu:  Sử dụng VOM thang đo dòng  Khai thác sử dụng máy đo sóng  Sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra sửa chữa 2.1 Sử dụng máy đo VOM thang đo dòng Để đo dòng điện đồng hồ vạn năng, ta đo đồng hồ nối tiếp với tải tiêu thụ ý đo dòng điện nhỏ giá trị thang đo cho phép 2.2 Khai thác, sử dụng máy sóng Hình 1.6: Máy hiển thị sóng  Giới thiệu Panel: A Panel trước: a CRT:Màn hình hiển thị POWER: Cơng tắc máy, bật cơng tắc lên đèn led sáng INTEN: Điều chỉnh độ sáng điểm tia FOCUS: Điều chỉnh độ sắc nét hình TRACE RATOTION: Điều chỉnh tia song song với đường kẻ ngang hình b Vertical: CH1 (X): Đầu vào vertical CH1 trục X chế độ X-Y CH2 (Y): Đầu vào vertical CH2 trục Y chế độ X-Y AC-GND-DC: Chọn lựa chế độ tín hiệu vào khuếch đâị dọc - AC nối AC - GND khuếch đại dọc tín hiệu vào nối đất tín hiệu vào ngắt - DC nối DC VOLTS/DIV: Chọn lựa độ nhạy trục dọc từ 5mV/DIV đến 5V/DIV, tổng cộng 10 tầm VAIRIABLE: Tinh chỉnh độ nhạy với giá trị > 1/2.5 giá trị đọc Độ nhạy chỉnh đến giá trị đặc trưng vị trí CAL POSITION: Dùng để điều chỉnh vị trí tia VERT MODE: Lựa chọn kênh - CH1: Chỉ có kênh CH1 - CH1: Chỉ có kênh CH1 - DUAL: Hiện thị hai kênh - ADD: Thực phép cộng (CH1 + CH2) phép trừ (CH1-CH2) (phép trừ có tác dụng CH2 INV nhấn) 74 d Tiến hành tạo linh kiện Trong hình làm việc Capture Chọn File > New > Library T rong cửa sổ quản lí, nhấp chuột phải vào library.olb thư mục Library, chọn New Part để tạo linh kiện Nhập tên linh kiện vào khung Name ( tên hiển thị bạn chọn linh kiện) Chọn kiểu linh kiện ô Part Reference Prefix Ở chọn U Nhấp OK để vào trang thiết kế 75 Cửa sổ làm việc sau: Trước hết cần tạo nhóm chân, sau sửa chữa thơng số, nhóm chân có chức ta ta thiết kế chung 76 Chọn Place Pin Array cơng cụ để tạo nhóm chân cho linh kiện Ô Starting Name ( tên chân) : Starting Number ( Chân bắt đầu): Number of Pins ( số chân tạo nhóm chân): Increment ( số đơn vị tăng lên) : OrCAD hỗ trợ việc tạo nhóm chân cách tự động tăng thứ tự tên chân Starting Name, Starting Number lên Incrment đơn vị, chân tận số Khi nhấn OK, chuột tạo thành dãy chân linh kiện Trên khối U vng, bạn đặt cạnh nào, nằm cạnh đó.Nhấp chuột để hồn tất 77 T iếp tục tạo chân lại Chọn Place pin array Ô Starting Name : 16 Starting Number: 16 Number of Pins : Increment: -1 OK chọn vị trí đặt chân Nhấp đúp chuột vào chân linh kiện để sửa đổi thông số: tên, số chân linh kiện Tiếp tục cho chân lại Nhấp chuột trái kéo giữ chuột để xếp lại vị trí chân linh kiện cho hợp lí & thẩm mỹ 78 e Vẽ đường bao lưu linh kiện Chọn Place rectangle cơng cụ để tạo đường bao, vẽ hình vng vừa khít hình.Chọn Place Text để nhập tên cho linh kiện.Như làm xong linh kiện mới, nhấn Save để lưu lại linh kiện f Chỉnh sửa linh kiện Khi lấy linh kiện thư viện, có vấn đề đa số với IC bị ẩn chân VCC GND, bạn yên tâm xuất mạch in chân VCC nối với Power chân GND nối đất Tơi cho cách làm cho lên Tiến hành chỉnh sửa Ở chọn IC định thời 555 Bạn nhấp phải chuột vào linh kiện, 79 chọn Edit Part Xuất cửa sổ làm việc giúp bạn chỉnh sửa thông số linh kiện: Phần dấu cộng vòng tròn màu đỏ chân VCC GND, bạn nhấp đúp chuột vào để chỉnh kiểu chân 80 Hình dạng chân cửa sổ Shape, cửa sổ chân lựa chọn zero length mà bạn khơng nhìn thấy nó, bạn chọn Line Short để hiển thị chân Tick vào Pin Visible để hiển thị tên chân linh kiện Tương tự để hiển thị chân GND Bố trí lại sơ đồ chân cho hợp lý thẩm mỹ, Sau chỉnh sửa ta hình bên Trong cửa sổ bạn thực chỉnh sửa, thêm bớt chân, thay đổi kích thước hình dáng linh kiện g Lưu linh kiện vừa chỉnh sửa Nhấp chuột vào nút Close cửa sổ làm việc nhấn Ctrl + W, xuất hộp thoại Chọn Update Current để lưuthay đổi, Update All để thay đổi tất 81 linh kiện có Project, Discard để hủy bỏ thay đổi, Cancelđể quay lại hủy bỏ thao tác, Help để trợ giúp Vậy hoàn tất phần Capture, ta chuyển sang phần Layout để thiết kế mạch in ( Ctrl + S để lưu project , phòng cố xảy ý muốn ) Các bước thực gia công mạch in Mục tiêu: Chế tạo mạch in hồn chỉnh phương pháp thủ cơng 2.1 Chế phim 2.2 Chuẩn bị mạch in Sau in mạch in lên giấy Đặt board đồng vừa in mạch in 82 2.3 In mạch in mạch in Ủi mạch in mép Công việc diễn khoảng phút Nhúng nước mạch in, sau tiếp tục ủi khoảng đến hai phút thấm nước lần Nếu mực dính hồn tồn lên board, bạn tách tờ giấy khỏi board hình 83 2.4 Ăn mòn mạch in Bây ta cần dung dịch FeCl3 Cho bột FeCl3 vào tô nhựa đổ nước vào 84 Nhúng board vào dung dịch vừa pha Sau ngâm vào nước gỡ Dùng mũi khoan có đường kính 0.8mm đến 1mm để khoan lỗ ghim mạch in Sau khoan xong cần đánh sơ lại mạch in dùng giấy nhám nhuyễn Làm lần cuối nhúng mạch in vào dung dịch nhựa thông pha với xăng dầu lửa Khi xong phơi khô lớp sơn phủ hàn linh kiên mạch Kiểm tra Bài 1: thực hành máy tính thiết kế mạch in hồn chỉnh say in giấy A4 Bài 2: Thực bo mạch in hoàn chỉnh Nhận xét báo cáo kết thực tập 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch (R H.WARRING người dịch KS Đoàn Thanh Huệ - nhà xuất Thống kê) - Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng (TS Nguyễn Viết Nguyên Nhà xuất Giáo dục) - Kỹ thuật mạch điện tử (Phạm Xuân Khánh, Bồ Quốc Bảo, Nguyễn Viết Tuyến, Nguyễn Thị Phước Vân - Nhà xuất Giáo dục) - Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005 (Đỗ xuân Thụ - NXB Giáo dục) - Sổ tay tra cứu tranzito Nhật Bản (Nguyễn Kim Giao, Lê Xuân Thế) - Sách tra cứu linh kiện điện tử SMD (Nguyễn Minh Giáp - NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, 2003 86 ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU Bài 1: ĐỌC, ĐO VÀ KIỂM TRA LINH KIỆN SMD I Giới thiệu II Mục tiêu: Linh kiện hàn bề mặt (SMD) 1.1 Khái niệm chung 1.2 Linh kiện thụ động SMD a Điện trở SMD b Tụ SMD c Cuộn cảm SMD 1.3 Linh kiện tích cực SMD a Transistor SMD : b.Mosfet SMD Khai thác sử dụng máy đo chuyên dụng 2.1 Sử dụng máy đo VOM thang đo dòng 2.2 Khai thác, sử dụng máy sóng 2.3 Kết hợp thiết bị đo lường cân chỉnh sửa chữa 11 2.4 Sử dụng phần mềm chuyên dụng để kiểm tra sửa chữa 11 Kiểm tra 11 Bài 2: KỸ THUẬT HÀN IC 12 I Giới thiệu 12 II Mục tiêu: 12 Giới thiệu dụng cụ hàn tháo hàn 12 1.1 Mỏ hàn vi mạch 12 1.2 Máy khò để tháo chân linh kiện 12 Phương pháp hàn tháo hàn 15 2.1 kỹ thuật tháo hàn 15 2.2 kỹ thuật hàn 17 2.3 Các điểm cần lưu ý 20 Phương pháp xử lý vi mạch in sau hàn 21 3.1 Các yêu cầu mạch, linh kiện sau hàn vi mạch 21 3.2 Phương pháp xử lý mạch in sau hàn 22 Bài 3: MẠCH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO 24 Nguồn ổn áp kỹ thuật cao 24 1.1 Mạch nguồn ổn áp kiểu xung dùng transitor 24 1.1.1 Bộ biến đổi nguồn DC-DC nối tiếp 24 87 1.1.2 Bộ biến đổi nguồn DC-DC song song 25 1.1.3 Bộ biến đổi nguồn DC-DC nối tiếp, song song 26 1.3 Một số loại nguồn ổn áp khác 30 1.4 Kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp kỹ thuật cao 33 1.4.1 Khối nguồn nuôi 33 1.4.2 Mạch giảm áp, chỉnh lưu mạch lọc 33 1.4.3 Mạch ổn áp tuyến tính : 34 1.4.4 Một số hư hỏng nguồn máy tính 37 Mạch bảo vệ 37 2.1 Khái niệm chung mạch bảo vệ 37 2.2 Mạch bảo vệ chống ngắn mạch dùng IC: 37 2.3 Mạch bảo vệ chống áp dùng IC 38 2.4 Kiểm tra, sửa chữa mạch bảo vệ dùng IC 38 Mạch ứng dụng dùng IC OP-AMP 40 3.1 Khái niệm chung 40 3.2 Mạch khuếch đại dùng OP- AMP 41 3.2.1 Mạch khuếch đại đảo: 41 3.2.2 Mạch khuếch đại không đảo: 41 3.2.3 Mạch theo điện áp: 41 3.2.4 Mạch cộng đảo: 42 3.2.5 Mạch khuếch đại vi sai (mạch trừ): 42 3.2.6 Mạch tích phân: 42 3.2.7 Mạch vi phân: 43 3.2.8 Mạch tạo hàm mũ 43 3.2.9 Mạch tạo hàm logarit 43 3.3 Mạch dao động dùng OP-AMP 44 3.3.1 Mạch dao động đơn ổn 44 3.3.2 Mạch dao động bất ổn 44 3.3.3 Mạch dao động không Sin 48 3.3.4 Mạch tạo sóng đặc biệt 49 3.4 Mạch nguồn chiều dùng OP-AMP 51 3.4.1 Mạch chỉnh lưu xác 51 3.4.2 Nguồn dịng cơng suất lớn 52 3.4.3 Nguồn ổn áp 53 3.5 Kiểm tra, sửa chữa, thay IC mạch 53 3.5.1 Mạch khuếch đại vi sai dùng OP-AM 53 3.5.2 Mạch khuếch đại đảo 54 Một số mạch khuếch đại, lọc chất lượng cao dùng IC 56 88 4.1 Lắp ráp mạch theo sơ đồ 56 4.1.1 Mạch khuếch đại dùng IC sử dụng IC TDA7294 56 4.1.2 Sơ đồ lắp ráp linh kiện 58 4.2 Sửa chữa mạch khuếch đại, mạch lọc dùng IC 58 Một mố mạch báo động dùng IC cảm biến 59 5.1 Lắp ráp mạch theo sơ đồ nguyên lý 59 5.1.1 Còi báo động 59 5.1.2 Cảnh báo ánh sáng 60 5.1.3 Mạch báo trộm 60 5.1.4 Cảnh báo thị mức nước đèn LED 61 5.1.5 Báo động mức nước đến hay đầy 61 5.2 Sửa chữa mạch báo động dùng IC cảm biến 61 Bài 4: CHẾ TẠO MẠCH IN PHỨC TẠP 62 Phần mềm chế tạo mạch in 62 1.1 Giới thiệu chung 62 1.2 Vẽ mạch nguyên lý mạch in 62 1.3 Tạo thư viện xử lý lỗi 70 1.3.1 Xử lý lỗi 70 1.3.2 Tạo thư viện linh kiện OrCAD Capture 73 Các bước thực gia công mạch in 81 2.1 Chế phim 81 2.2 Chuẩn bị mạch in 81 2.3 In mạch in mạch in 82 2.4 Ăn mòn mạch in 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85