Đề tài: Thiết kế mạch in bằng phần mềm orcad Mạch dao động dịch pha rc | Thực tập cơ bản | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

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 về mạch dao động dịch pha RC...............................................................................................3 1.
Giới thiệu chung...............................................................................................................................3 2.
Nguyên lý hoạt động........................................................................................................................3 3.
Đánh giá...........................................................................................................................................4
Thiết kế mạch nguyên lý............................................................................................................................6 1.
Tạo file nguyên lý.............................................................................................................................6 2.
Thêm thư viện và linh kiện vào mạch nguyên lý..............................................................................7 3.
Đi dây linh kiện..............................................................................................................................11 4.
Kiểm tra và chuẩn bị cho file PCB.................................................................................................12
Thiết kế mạch in PCB..............................................................................................................................14 1.
Tạo file PCB...................................................................................................................................14 2.
Thêm footprint cho linh kiện và đi dây...........................................................................................15 3.
Phủ đồng và làm đường biên..........................................................................................................21
Kết luận.....................................................................................................................................................24 1.
Những điều đã học được.................................................................................................................24 2.
Những điều còn thiếu sót................................................................................................................24 3.
Lời cảm ơn và cam kết...................................................................................................................24
Tài liệu tham khảo....................................................................................................................................25
Giới thiệu về mạch dao động dịch pha RC 1. Giới thiệu chung
Mạch dao động là mạch có khả năng chuyển đổi năng lượng từ DC sang AC. Có nhiều
loại mạch dao động tạo ra các dạng song tín hiệu khác nhau như hình sin, vuông, tam giác,.. Ở
bài này, em đề cập tới mạch dao động dịch pha RC – Một loại mạch dao động tạo sóng hình
sin và tần số dao động của mạch phụ thuộc vào thông số của phần tử R và C, thường được sử
dụng ở tần số thấp. Có nhiều cách mắc mạch dao động dịch pha RC như dùng JFET hay Op
Amp, BJT. Trong nội dung báo cáo này, em sẽ đề cập tới cách dùng BJT 2. Nguyên lý hoạt động
Mạch dao động tạo song sin có nguyên tắc hoạt động chung: gồm 2 khâu, khâu 1 là khâu
khuếch đại đóng vai trò duy trì dao động và khối 2 là khâu chọn lọc tần số dao động. Mạch
dao động dịch oha RC cũng có 2 khâu như vậy và gồm 2 khối: Khối khuếch đại đảo + khối hồi
tiếp là 3 bộ lọc thông cao RC; và phải đáp ứng 2 điều kiện theo tiêu chuẩn Barkhausen là tổng
độ lệch pha trong 1 vòng kín phải bằng 360 độ và độ lợi trong 1 vòng kín bằng 1.
[Sơ đồ khối mạch dao động dịch pha]
Trước hết, về phần hồi tiếp:
Câu hỏi đặt ra tại sao ta cần dùng bộ 3 lọc thông cao RC chứ không phải 4 hay 5? Để hiểu
được điều đó, ta xét trường hợp đơn giản nhất - mạch chuyển pha chỉ sử dụng 1 điện tở và 1 tụ
điện mắc nối tiếp như hình vẽ.
Theo lý thuyết đã học lớp 12 về mạch RC, sự sụt giảm trên điện trở cùng pha với dòng
điện còn trên tụ điện sẽ trễ pha 90 độ so với dòng điện, nên khi vẽ giản đồ vecto và tổng hợp 2
vector, ta sẽ thi được góc lệch alpha. Trong trường hợp lý tưởng, ta có thể tạo ra độ lệch pha
gần 90 độ nhưng trong thực tế thì nó ít hơn nhiều do tụ điện không phải lý tưởng. Chính vì
vậy, ta cần điều chỉnh giá trị R và C để độ lệch pha đạt được là 60 độ và sử dụng tới 3 bộ lọc
thông RC để tổng độ lệch pha là 180 độ, cộng với độ lệch pha ở khối khuếch đại đảo sẽ được
360 độ => Thỏa mãn điều kiện cần.
Trong phần khuếch đại:
Một bóng bán dẫn được sử dụng như phần tử tích cực và điểm hoạt động của bóng bán
dẫn được thiết lập bởi các điện trở và điện áp cung cấp Vcc. Hoạt động
Khi nguồn được cung cấp, điện áp nhiễu bắt đầu dao động trong mạch. Dòng điện cực B ở
bộ khuếch đạo tạo ra độ lệch pha 180 độ cho dòng điện. Tín hiệu đã bị lệch pha này được phản
hồi và bị lệch pha thêm 180 độ và tổng sẽ là 360 độ lệch pha. Khi độ lợi vòng là 1 thì dao
động duy trì sẽ được tạo ra 3. Đánh giá
Mạch dao động dịch pha RC là mạch dao động điện tử tạo ra sóng sin, trong bào này được
thiết kế bằng sử dụng bóng bán dẫn. Mạch dùng hồi tiếp dương có ưu điển làm tân tín hiệu
ngõ vào của mạch khuếch đại, khiến độ lợi mạch khuếch đại tăng tuy nhiên thì độ lợi mạch không ổn định.
Mạch dao động dùng BJT phụ thuộc vào các yếu tố bất ổn như sự thay đổi nhiệt độ, điện
áp nguồn cung cấp, điện dung kí sinh của transistor,… dẫn tới sự bất ổn định của biên độ tín
hiệu ra cũng như tần số dao động. Chất lượng mạch dao động phụ thuộc vào: Sự ổn định của
nguồn cấp; thông số ổn định nhiệt của mạch; tần số dao động của mạch phải không có sự ảnh
hưởng của điện dung kí sinh bên trong transistor.
Do vậy, việc sử dụng Transistor để tạo dao động dịch pha RC: -
Chỉ ổn định cho các tần số thấp -
Yêu cầu mạch bổ sung để ổn định biên độ dạng sóng. -
Độ chính xác của tần số không tuyệt đối -
Hiệu ứng tải bất lợi, càng nhiều bộ lọc xếp tầng sẽ càng ảnh hưởng tới độ chính xác
của tần số dao động dịch pha thực tế so với tính toán
Chính vì những ưu/nhược và đặc điểm của mạch, mạch dao động dịch pha RC thường
được sử dụng như bộ tạo dao động âm thanh. Ngoài ra còn được ứng dụng trong biến tần sóng
sin, tổng hợp giọng nói, GPS, nhạc cụ
Thiết kế mạch nguyên lý 1. Tạo file nguyên lý
Để tạo mạch nguyên lý (Schematic), ta sử dụng phần mềm Capture CIS của Orcad 18.
Sau khi cài đặt Orcad, tiến hành chạy ứng dụng Capture CIS bẳng cách click chuột trái
Sau khi giao diện của Capture CIS hiện lên, tiến hành chọn File/New/Project
Hộp thoại New project xuất hiện, mục Name điền tên của file schematic và phần Location bấm
để chọn vị trí lưu file nguyên lý Browse
Vậy là ta đã tạo xong 1 file mạch nguyên lý và có các vùng như sau (tùy phiên bản Orcad
có thể khác phần vùng cửa sổ điều chỉnh khác,..)
2. Thêm thư viện và linh kiện vào mạch nguyên lý
Để sử dụng và thêm linh kiện được, ta cần add thư viện. Chọn Place part ở thanh
công cụ bên phải. Hộp thoại Place Part hiện lên. Chọn Add Library để thêm thư viện và chọn tất
cả những thư viện cần thêm, sau đó bấm Open là ta đã thêm thư viện thành công
Tiếp theo, chúng ta tiến hành lấy những linh kiện cần sử dụng, cụ thể như bảng sau Linh kiện Part Library Số lượng IC LM7805 LM7805 ANALOG2 1 Tụ điện CAP DISCRETE 5 Điện trở R DISCRETE 6 Transistor 2N1069 TRANSISTOR 1
Để lấy linh kiện, ta chọn thư viện tương ứng ở mục Libraries và nhập keyword vào phần
Part, sau đó click chuột phải để lấy linh kiện và click chuột phải vào vùng làm việc để thêm linh
kiện vào mạch nguyên lý.
Để lấy mass, ta chọn Place ground ở thanh công cụ bên tay phải rồi chọn CAPSYM ở mục
Libraries và chọn GND ở mục Symbol. Sau đó bấm OK và click chuột trái để thêm mass.
Sau khi tiến hành lấy linh kiện, ta được màn hình làm việc như hình dưới. Sau đó tiến
hành xoay các linh kiện bằng phím tắt R và H. 3. Đi dây linh kiện
Tiến hành đi dây, ta chọn Place wire ở thanh công cụ bên tray phải
Để dễ nhìn cũng như theo dõi, ta tiến hành đổi tên linh kiện, thêm giá trị,.. bằng cách chọn
linh kiện cần sửa rồi click chuột phải chọn Edit propertie và thay đổi thông số/tên/chi tiết. Sau
khi hoàn thành tất cả, ta thu được mạch nguyên lý như sau:
4. Kiểm tra và chuẩn bị cho file PCB
Để tạo bản mạch in PCB, ta cần phải có file “.mnl” trước. Ở vùng bên trái màn hình, chọn
vào file đang thực hiện, sau đó click Design rules check ở thanh công cụ phía trên. Hộp thoại
Design Rules check hiện lên, chọn các nhu cầu về quy định như ảnh và bấm OK.
Nếu có lỗi sẽ được báo về trong cửa sổ Session Log, ta sẽ sửa những lỗi được báo lại. Nếu
mạch đã đúng thì ta tiến hành làm bước tiếp theo. Chọn Creat nestlist trên thanh công cụ
phía trên, hộp thoại Creat Nestlist hiện lên, chọn Layout và bấm
để chọn vị trí lưu file Browse
“.mnl” rồi click OK
Thiết kế mạch in PCB 1. Tạo file PCB
Chúng ta dùng phần mềm Layout của Orcad 18 để tạo mạch in PCB.
Mở phần mềm và chọn File/New.
1 cửa sổ hiện lên yêu cầu chúng ta chọn template cho file, ta thường chọn file mặc định
DEFAULT.TCH. Tiếp theo cần thêm nguồn danh sách cái đường dây (file .mnl ta đã tạo lúc
trước), trỏ tới địa chỉ khi nãy ta lưu file .mnl và bấm Open. Cửa sổ tiếp theo giúp chúng ta
chọn vị trí lưu file PCB, tên file (.max). Sauk hi hoàn thành bấm Save.
2. Thêm footprint cho linh kiện và đi dây
Sau khi tạo được file .max, sẽ có cửa sổ hiện lên yêu cầu thêm footprint cho những linh
kiện lần đầu sử dụng (những linh kiện đã sử dụng và đã được thêm footprint sẽ tự động lưu lại cho những lần sau)
Nếu muốn tạo footprint mới hoặc chỉnh sửa footprint đã có sẵn khi không có chân nào có
sẵn phù hợp với linh kiện, click Create or modify footprint library. Còn bấm Link existing
footprint to component để thêm footprint đã có sẵn vào linh kiện. Ở đây em chọn Link existing
footprint to component và thêm các file ở các thư viện như bảng dưới Linh kiện Tên Thư viện IC LM7805 TO202AA TO Tụ điện CYL/D.150/LS.125/.031 TM_CYLND Điện trở AX/.350X.100/.031 TM_AXIAL Transistor TO225AA TO
Sau khi thêm hết chân, ta sẽ có màn hình làm việc như sau
Để xóa (bấm Delete), xoay (phím tắt R),… các chữ, ta chọn Text tool ở thanh công cụ
phía trên. Sau đó để thay đổi vị trí, xoay các linh kiện, ta chọn Component tool ở thanh công
cụ phía trên và tiến hành chỉnh vị trí các linh kiện và chuẩn bị cho đi dây, được hình như dưới
Để đi dây, ta cần xác định mình sẽ sử dụng lớp vẽ mạch in nào, chúng ta chọn View Spreadsheet
rồi chọn theo thứ tự Strategy/Route Layer
Đây là mạch cơ bản, không quá phức tạp, nên ta chỉ cần in 1 lớp. Ở đây chọn lớp TOP hay
BOTTOM đều được, ở đây em chọn BOTTOM. Chọn lớp nào thì chỉ những ô của lớp đấy mới
Yes, còn lại chỉnh No cột Enable bằng cách chọn các ô cần đổi, và bấm tổ hợp phím Ctr+E,và
bỏ tíc ở Routing Enabled để đổi thành NO. Bấm OK để hoàn tất
Cuối cùng, ta thu được bảng sử dụng các lớp như ảnh
Tiếp theo, chọn tab View Spreadsheet rồi vào
Nets để tùy chỉnh kích thước, độ rộng các đường dây.
Nên chỉnh các đường mass độ rộng to hơn các đường tín hiệu. Ở đây em lấy độ rông các
đường tín hiệu là 20 và Mass là 30. Để điều chỉnh độ rộng, trong cột Width Min Con Max, ta
bấm chọn các đường ta cần điều chỉnh và bấm tổ hợp phím Ctr+E để thay đổi số liệu phần
Min Width, Conn Width và Max Width trong hộp thoại Edit Net như hình dưới đây.
Ta được bảng các đường đi dây như hình dưới là được
Chúng ta bắt đầu đi dây. Ta có thể tự đi dây thủ công bằng cách chọn Add/Edit Route Mode
ở thanh công cụ phía trên hoặc chọn chế độ đi dây tự động bằng cách vào tab
Auto/Autoroute/Board và máy sẽ tự động đi dây. Nếu còn dây nào chưa được đi hết hoặc cần
chỉnh sửa lại chỗ nào, ta chọn Edit Segment Mode và bấm chuột trái vào chỗ cần sửa.
Sau khi đi dây xong, ta thu được mạch như hình