2. TIẾN HÀNG VẼ MẠCH IN
2.3. Các menu lệnh cần chú ý
2.3.1. Menu Settings
Menu này giúp ta cài đặt lƣới và đơn vị sử dụng trong không gian thiết kế.
Hình 4.2: Cửa sổ làm việc của realPCB.
Hình 4.3: Menu Settings.
Xem mạch in chân linh kiện
Thanh công cụ Chọn nhóm linh kiện Chọn linh kiện
Grids: Điều chỉnh độ dịch chuyển của các đối tƣợng làm việc trong lúc thiết kế ở thẻ Working Grids, đồng thời cho ẩn/hiện và điều chỉnh kích thƣớc lƣới hiển thị trên màn hình (thẻ Screen Grid), giúp ta đặt linh kiện chính xác.
Units: Cho phép chỉnh đơn vị và độ chính xác sử dụng trong toàn Design.
2.3.2. Menu File > Print setup
Tại menu này, ta có thể xuất mạch in sang dạng file ảnh để hỗ trợ cho việc in trên giấy ảnh khi máy tính không cài đặt phần mềm Crocodile. Ta chọn Microsoft Office Document Image Writer:
Hình 4.4: Lớp Working Grid và Lớp Screen. Grid
Ngoài ra, ta còn có thể chỉnh các tùy chọn cho việc in tại menu này nhƣ: hƣớng in (Orientation), kích thƣớc giấy (Paper Size), các tùy chọn cho máy in tại Properties,…
Trƣờng hợp máy có cài đặt phần mềm Crocodile, ta chỉ việc chọn máy in tại Name, chọn khổ giấy (Paper Size) sau đó nhấn OK.
2.3.3. Menu File > Print
Để in chính xác chân linh kiện, cần chọn lại tỉ lệ khi in là 100%. Check chọn Bottom Copper và [Board Outline].
Nếu máy tính dùng in có cài đặt phần mềm Crocodile thì ta chỉ việc nhấn OK thì máy sẽ tự in ra.
Nếu ta chọn xuất file ảnh nhƣ trên thì khi nhấn OK thì cửa sổ Save As xuất hiện, ta chọn nơi lƣu file ảnh, file ảnh có đuôi .mdi, dùng file này đến cơ sở in để in.
Hình 4.6: Cửa sổ Print. Setup
Hình 4.8: Cửa sổ Save As lưu mạch in.
2.4. Các đối tƣợng làm việc
Cần chú ý một số đối tƣợng nằm trên thanh công cụ:
Đối tƣợng Chức năng
Hiển thị lại trỏ chuột Chọn linh kiện Thêm nút đệm Thêm đƣờng đồng nối mạch Thêm nút nối tắt Thêm kí tự chú thích Thêm kí tự bằng đồng Đổ đồng Chỉ lấy đƣờng mạch đồng Ẩn/hiện ô lƣới Chọn chế độ hiển thị Design Bảng 2.1: Các đối tượng
2.5 Lấy mạch in của linh kiện
Cách 1: Thả chọn trực tiếp tại cột bên phải giao diện. Chọn nhóm linh kiện (Component Library) > chọn linh kiện (Components) > xem chân linh kiện trên datasheet (Schematic Symbol View) > xem chân mạch in của linh kiện (PCB Footprint Preview)
Sau đó, dùng chuột kéo linh kiện từ tên hiển thị trong Components hoặc từ khung PCB Footprint Preview ra, linh kiện sẽ dính vào trỏ chuột:
Thả chuột để đặt linh kiện tại vị trí thích hợp.
Cách 2: Chọn biểu tƣợng , sau đó chọn nhóm linh kiện (Component Library) > chọn linh kiện (Components) > xem chân linh kiện trên datasheet (Schematic Symbol Preview) > xem chân mạch in của linh kiện (PCB Footprint Preview)
Hình 4.9: Chọn mạch in của linh. kiện
Nhấn Add để chọn linh kiện, lúc này linh kiện sẽ dính theo trỏ chuột, nhấp chuột trái để đặt linh kiện, có thể đặt nhiều linh kiện bằng nhiều lần nhấp chuột. Muốn dừng việc đặt, nhấn phím ESC.
2.5.1. Nối linh kiện
Nhấp vào công cụ trên thanh công cụ, nhấp chuột để nối chân linh kiện lại với nhau:
Hình 4.11: Chọn chân mạch in linh. kiện
Hình 4.12: Lấy mạch in. linh. kiện
2.5.2. Hƣớng dẫn vẽ một mạch in cụ thể
Hƣớng dẫn vẽ một mạch in cụ thể: Mạch còi cảnh sát. Sơ đồ mạch nguyên lý:
Lấy linh kiện: Nhấp vào biểu tƣợng và chọn nhƣ hình, chọn thƣ viện chứa linh kiện tại Components Library > chọn linh kiện tại Components > Add:
Hình 4.15: Lấy điện. trở
Sau khi lấy linh kiện xong, trên không gian thiết kế xuất hiện:
Ta thấy các linh kiện còn ngổn ngang, để di chuyển chúng, nhấp vào linh kiện (Place), rê đến vị trí cần đặt rồi nhả chuột, có thể xoay linh kiện (Rotate One Step), nhân đôi linh kiện (Duplicate), thay đổi thuộc tính (Properties) của linh kiện bằng cách nhấp chuột phải vào linh kiện, một menu hiện ra.
Khi chọn Properties, một cửa sổ Properties - Component hiện ra.
Thay đổi hoặc hiển thị tên linh kiện, thay đổi vị trí linh kiện tại thẻ Component hoặc chọn giá trị linh kiện tại thẻ Component Value:
Hình 4.16: Sau khi lấy mạch in linh kiện xong.
Hình 4.18: Thay đổi hoặc hiển thị tên linh kiện.
Bây giờ ta sẽ tiến hành nối dây (dùng ) giữa các linh kiện, dựa vào sơ đồ nguyên lý và datasheet của từng linh kiện, ta tiến hành nối dây mạch in cho đúng sơ đồ nguyên lý.
Sau khi nối xong, ta đƣợc:
Nhƣng chúng ta không thể dùng mạch in này để làm mạch đồng đƣợc, chúng ta phải chuyển về mạch in trắng đen bằng phƣơng pháp xuất mạch in nhƣ trên:
Lƣu mạch in, chọn biểu tƣợng , xuất hiện cửa sổ Save As:
Hình 4.21: Cửa sổ Save As lưu bản vẽ mạch in.
CHƢƠNG 3: LINH KIỆN CƠ BẢN TRONG MẠCH
1. TỤ ĐIỆN
1.1. Khái quát về tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện đƣợc ngăn cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng độ lớn, nhƣng trái dấu.
Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng lƣợng điện trƣờng của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Về mặt lƣu trữ năng lƣợng, tụ điện có phần giống với ắc quy. Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhƣng chúng đều cùng lƣu trữ năng lƣợng điện. Ắc quy có hai cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron - nó chỉ lƣu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây là một ƣu thế của nó so với ắc quy.
1.2. Tính chất tụ điện
1.2.1. Điện dung và đơn vị của tụ điện
Điện dung là đại lƣợng vật lý nói lên khả năng tích điện giữa hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:
d S C0
Trong đó:
C: điện dung tụ điện, đơn vị là Fara [F]. ε: hằng số điện môi của lớp cách điện. ε0: hằng số điện thẩm.
d: chiều dày của lớp cách điện. S: diện tích bản cực của tụ điện.
Đơn vị của đại lƣợng điện dung là Fara (F). Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn, do đó thƣờng dùng các đơn vị đo nhỏ hơn nhƣ micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara (1nF=10−9F), pico Fara (1pF=10−12F).
1.2.2. Điện thế
Tụ điện trong các mạch thông thƣờng có thông số điện áp: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V…
1.3. Các loại tụ điện
1.3.1. Tụ điện phân cực
Tụ điện phân cực (có cực xác định) hoặc theo cấu tạo còn gọi là tụ hóa. Thƣờng trên tụ quy ƣớc cực âm phân biệt bằng một vạch màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chƣa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dƣơng. Khi đấu nối phải đúng cực âm - dƣơng. Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF – vài ngàn μF, thƣờng sử dụng trong các mạch hoạt động với tần số
thấp, dùng lọc nguồn. Hình 5.1: Tụ hóa.
1.3.2. Tụ điện không phân cực
Tụ điện không phân cực (không xác định cực dƣơng âm), theo cấu tạo có thể là tụ giấy, tụ gốm, hoặc tụ mica. Tụ xoay chiều thƣờng có trị số điện dung nhỏ hơn 0,47μF và thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch điện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.
Hình 5.2: Một số loại tụ.
2. ĐIỆN TRỞ
2.1. Hình dáng và ký hiệu
Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng đƣợc làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà ngƣời ta tạo ra đƣợc các loại điện trở có trị số khác nhau.
Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử.
Hình 5.3: Điện trở.
Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.
2.2. Đơn vị của điện trở và cách ghi trị số của điện trở
Đơn vị điện trở là Ω (Ohm), KΩ, MΩ,…(1KΩ = 1000 Ω, 1MΩ = 1000 KΩ = 1000.000 Ω).
Các điện trở có kích thƣớc nhỏ đƣợc ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ƣớc chung của thế giới (Hình 2.4) các điện trở có kích thƣớc lớn hơn từ 2W trở lên thƣờng đƣợc ghi trị số trực tiếp trên thân. Ví dụ nhƣ các điện trở công suất, điện trở sứ.
Hình 5.4: Điện trở sứ.
2.3. Cách đọc trị số điện trở
Quy ƣớc vạch màu Quốc tế:
Vạch màu Giá trị Đen 0 Nâu 1 Đỏ 2 Cam 3 Vàng 4 Xanh lá 5 Xanh dƣơng 6 Tím 7 Xám 8 Trắng 9 Nhũ vàng -1 Nhũ bạc -2
Bảng 3.1: Quy ước vạch màu điện trở.
Điện trở thƣờng đƣợc ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu.
- Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu.
- Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu (điện trở chính xác).
Hình 5.6: Cách đọc điện trở 5 vòng màu.
Vòng số 5 là vòng cuối cùng, là vòng ghi sai số, trở 5 vòng màu thì màu sai số có nhiều màu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút. Đối diện vòng cuối là vòng số 1.
Tƣơng tự cách đọc trị số của trở 4 vòng màu nhƣng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lƣợt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị. Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 (mũ vòng 4) có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào. Hiện này các nhà sản xuất cho ra nhiều loại điện trở theo quy định nhƣ: 100 - 330 - 1k - 2k2 - 3k3 - 3k9... Các giá trị này là các giá trị chuẩn.
3. TRANSISTOR
3.1. Khái quát chung về transistor
Transitor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta đƣợc transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta đƣợc transistor ngƣợc. Cấu trúc này đƣợc gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dƣơng (Bipolar nghĩa là hai cực tính).
Hình 5.7: Hình dạng và cấu trúc của transistor.
Ba lớp bán dẫn đƣợc nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực nền ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài đƣợc nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector) viết
tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P) nhƣng có kích thƣớc và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau đƣợc.
3.2. Phân loại - NPN - NPN
Hình 5.8: Hình dạng và cấu trúc của transistor NPN.
NPN là một linh kiện điện tử cấu tạo từ nối ghép 1 bán dẫn điện dƣơng giữa hai bán dẫn điện âm. "N" ám chỉ negative, nghĩa là "cực âm"; "P" là positive, nghĩa là "cực dƣơng".
Transitor đƣợc sử dụng nhiều trong việc khuếch đại, công tắc, hay điện dẫn (buffer) trong công nghiệp điện tử hay làm cổng logic gate trong điện tử số.
Để transitor hoạt động hay dẫn điện cần phải có một điện thế kích hoạt. Lối mắc của transitor với điện trở cho ra chức năng hoạt động của transitor.
- PNP
Hình 5.9: Hình dạng và cấu trúc của transistor PNP.
NPN là một trong hai loại transitor lƣỡng cực, loại thứ hai là PNP, là một linh kiện điện tử do kết hợp 2 chất bán dẫn điện.
"N" ám chỉ negative nghĩa là "cực âm", "P" là positive nghĩa là "cực dƣơng". Các transitor NPN bao gồm một lớp bán dẫn đƣợc pha tạp loại P (tác nhân pha tạp thƣờng là Boron, ký hiệu trong hóa học là Bo) đóng vai trò cực nền, nằm giữa hai lớp bán dẫn đƣợc pha tạp loại N (tác nhân pha tạp là Asernic). Các transitor NPN thƣờng đƣợc kích hoạt khi cực phát đƣợc nối đất và cực góp đƣợc nối với nguồn dƣơng.
Hình ảnh Transistor thực tế:
Hình 5.10: Transistor.
4. RELAY
4.1. Khái quát chung về Relay
Relay là linh kiện dùng trong điều khiển, nó sẽ “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ ra khi tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu có thể dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt,…) đạt đến ngƣỡng nào đó (set point). Nói tóm lại, relay là công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa là không cần tay con ngƣời vặn nhƣ công tắc cơ). Relay là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Nó gồm 2 phần chính là nam châm điện và các tiếp điểm. Cấu tạo của relay: relay có cấu tạo hết sức đơn giản, gồm 4 bộ phận sau đây:
- Nam châm điện. - Lõi sắt – lò xo. - Các tiếp điểm.
4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Trong hình bên trên, bạn thấy relay gồm 2 phần tách rời nhau là phần đế dƣới và phần nam châm điện. Khi công tắt đóng (on), nam châm điện có từ trƣờng sẽ hút thanh sắt. Thanh sắt dịch chuyển giữa hai vị trí giống nhƣ một công tắt. Khi có lực hút từ trƣờng, thanh sắt ở vị trí hai thƣờng hở (NO). Ngƣợc lại, lò xo sẽ kéo thanh sắt lên vị trí 1 thƣờng đóng (NC) làm hở mạch.
Hình 5.11: Relay.
4.3. Một số thông số cần lƣu ý khi sử dụng
- Điện áp và dòng điện cần thiết hoạt động (hút thanh sắt). - Điện áp và dòng điện tối đa mà relaycó thể chịu đựng. - Số lƣợng thanh sắt (đóng ngắt tốt hơn).
- Số lƣợng tiếp điểm (trƣờng hợp trong hình là 2 tiếp điểm). - Tiếp điểm thƣờng đóng (NC) hay thƣờng hở (NO).
4.4. Ứng dụng
Công dụng của relay là "dùng một năng lƣợng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lƣợng lớn hơn". Ví dụ nhƣ bạn có thể dùng dòng điện 5V, 50mA để đóng ngắt dòng điện 120V, 2A. Relay đƣợc dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu sáng.
Relay là linh kiện dùng trong điều khiển, nó sẽ “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ ra khi tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu có thể dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt,...) đạt đến ngƣỡng nào đó (set point). Nói tóm lại, relay là công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa là không cần tay con ngƣời vặn nhƣ công tắc cơ).
5. DIOD
5.1. Khái quát chung về Diod
Diod bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngƣợc lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn.
5.2. Cấu tạo
Khi đã có đƣợc hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta đƣợc một diode, tiếp giáp P - N có đặc điểm: tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dƣ thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => Tạo thành một lớp ion trung hoà về điện => Lớp ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.
Ở Hình 5.13 là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của diode bán dẫn.
Hình 5.13: Hình dạng và cấu trúc của Transistor.
5.3. Các loại Diode 5.3.1. Diode Zener 5.3.1. Diode Zener
Cấu tạo: diode Zener có cấu tạo tƣơng tự diode thƣờng nhƣng có hai lớp bán dẫn P-N ghép với nhau, diode Zener đƣợc ứng dụng trong chế độ phân cực ngƣợc, khi phân cực thuận diode Zener nhƣ diode thƣờng nhƣng khi phân cực ngƣợc diode Zener sẽ ghim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.
Hình 5.14: Diode Zener (Dz) và sơ đồ lắp mạch.
- Sơ đồ trên minh hoạ ứng dụng của DZ, nguồn U1 là nguồn có điện áp thay đổi, DZ là diode ổn áp, R là trở hạn dòng.