Giáo trình: Điện tử nâng cao (Phần 2)

Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 85 * Câu hỏi và bài tập: Câu 1: Bạn hãy nêu các bước tiến hành hàn chân linh kiện IC vào mạch in ? Nêu phương pháp xử lý mạch in sau khi hàn. Câu 2: Nếu IC sau khi kho vẫn bị bung chân, hoặc chân bị chạm chập vào nhau, bạn nên khắc phục bằng cách nào ? Câu 3: Trong quá trình hàn ta hay gặp phải những vấn đề như thế nào? Các bạn hãy kể tên và giải thích nguyên nhân gây ra hiện tượng trên. Bài 3 MẠCH ĐIỆN TỬ NÂNG CAO Cùng với sự phát triển khoa học, các thiết bị điện - điện tử không ngừng được nâng cao đáp ứng nhu cầu của con người. Các thiết bị điện tử ngày nay không ngừng được cải tiến, ứng dụng công nghệ mới, nhất là việc ứng dụng công nghệ xung - số để thiết kế những thiết bị dân dụng chuyên dùng cũng như các hệ thống điều khiển Những thiết bị này đòi hỏi phải cung cấp cho nó một nguồn điện ổn định và hiệu suất cao. Trước nay các nhà thiết kế đã sử dụng mạch "Ổn áp tuyến tính'' làm phần nguồn để cung cấp cho các thiết bị điện. Nhưng những mạch ổn áp tuyến tính chỉ đáp ứng được một phần nào đó những yêu cầu mà các thiết bị điện đòi hỏi. Hơn nữa những nguồn ổn áp tuyến tính hoạt động ở tần số thấp nên tổn hao công suất qua các phần tử R - L - C rất cao. Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, người ta đã chế tạo ra bộ nguồn xung có nhiều ưu điểm hơn so với bộ nguồn ổn áp tuyến tính, do nó hoạt động ở tần số cao nên việc tổn hao qua các phần tử R - L - C rất thấp, mạch gọn nhẹ, độ tin cậy cao. 1. Nguồn ổn áp kỹ thuật cao Nguồn xung còn gọi là nguồn Swiching (Ngắt mở) hay nguồn dải rộng, là nguồn có dòng điện đi qua biến áp thay đổi đột ngột tạo thành điện áp ra có dạng xung điện - Gọi là nguồn xung. Điện áp cung cấp cho nguồn là điện áp một chiều được ngắt mở tạo thành dòng điện xoay chiều cao tần đi qua biến áp. Nguồn có khả năng điều chỉnh điện áp đầu ra dải rộng từ 90V đến 280V AC - Gọi là nguồn dải rộng. Bất kể nguồn xung nào cũng có 3 mạch điện cơ bản sau đây: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 86 - Mạch tạo dao động. - Mạch hồi tiếp để ổn định điện áp ra. - Mạch bảo vệ. Ổn áp xung còn gọi là ổn áp đóng ngắt dựa trên nguyên lý hồi tiếp (nguyên lý bù), trong đó phần tử điều chỉnh làm việc ở chế độ xung. Nguồn xung hay nói cách khác nó là các bộ nguồn biến đổi DC-DC nó được sử dụng phổ biến hầu hết trên các mạch điện và các hệ thống điện tự động. Với ưu điểm là khả năng cho hiệu suất đầu ra cao, tổn hao thấp, ổn định được điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu ra khi với một đầu vào Nguồn xung hiện nay có rất nhiều loại khác nhau nhưng nó được Chia thành 2 nhóm nguồn: + Nguồn cách ly. + Nguồn không cách ly. * Nhóm nguồn không cách ly: + Boot + Buck + Buck - Boot * Nhóm nguồn cách ly: + Flyback + Forward + Push - pull + Half Bridge Mỗi loại đều có ưu nhược điểm khác nhau. Tùy theo yêu cầu của nguồn mà ta chọn các kiểu nguồn xung nêu trên. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 87 Hình 3.1: Sơ đồ khối của ổn áp xung * Nguyên lý hoạt động Nguồn DC chưa ổn định được đưa đến phần tử điều chỉnh làm việc như một khóa điện tử. Khi khóa dẫn thì nguồn nối đến ngõ ra. Khi khóa tắt thì cắt nguồn DC ra khỏi mạch. Như vậy tín hiệu ở ngõ ra của khóa là một dãy xung, do vậy muốn có tín hiệu DC ra tải phải dùng bộ lọc LC. Tùy thuộc vào tần số và độ rộng của xung ở ngõ ra của khóa mà trị số điện áp một chiều trên tải có thể lớn hay nhỏ. Để ổn định được điện áp DC trên tải, người ta thường so sánh nó với mức điện áp chuẩn. Sự sai lệch sẽ biến đổi thành tín hiệu xung để điều khiển khóa điện tử. Có 3 phương pháp thực hiện tín hiệu điểu khiển: - Điều chế độ rộng xung: Giữ tần số tín hiệu xung không đổi nhưng thay đổi độ rộng xung làm thay đổi điện áp ra. - Điều chế tần số xung: Giữ độ rộng xung không thay đổi nhưng thay đổi chu kỳ tín hiệu xung làm thay đổi điện áp ra. - Điều chế xung: Vừa thay đổi tần số xung, vừa thay đổi độ rộng xung. * Nguyên lý điều chế độ rộng xung: Đây là phương pháp tiến tiến và hiệu quả nhất vì: - Vừa điều chỉnh được điện áp ra, vừa điều chỉnh được tần số. - Điện áp ra gần với hình sin. - Có thể dùng chỉnh lưu không điều khiển ở đầu vào nghịch lưu làm tăng hiệu quả của sơ đồ. Nội dung của phương pháp biến điệu bề rộng xung là so sánh một sóng sin chuẩn, có tần số bằng tần số của điện áp ra nghịch lưu mong muốn, với một điện áp răng cưa tần số cao, cỡ 2 ÷ 10 kHz. Phương pháp biến điệu bề rộng xung có nhiều dạng, trong đó có hai dạng đơn giản là: biến điệu bề rộng xung ra một cực tính và hai cực tính. Theo dạng áp ra một cực tính, trong những khoảng điện áp sin chuẩn cao hơn điện áp răng cưa van được mở để đưa điện áp ra tải, trong những khoảng điện áp sin chuẩn thấp hơn điện áp răng cưa van khoá lại để điện áp ra tải bằng không. Điện áp ra sẽ được tạo thành riêng cho nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm. Theo dạng áp ra hai cực tính điện áp ra sẽ là +E khi sin chuẩn cao hơn xung răng cưa và là -E khi sin chuẩn thấp hơn. Hình 2.2 mô tả nguyên lý hoạt động PWM cho hai trường hợp trên. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 88 Hình 2.2a: Phương pháp biến điệu bề rộng xung PWM Một cực tính. Hình 2.2b: Phương pháp biến điệu bề rộng xung PWM Hai cực tính. Như vậy điện áp ra sẽ gồm dãy xung có độ rộng thay đổi với chu kỳ lặp lại bằng chu kỳ của sóng răng cưa. Dạng áp như vậy chứa thành phần sóng hài bậc nhất với tần số của sóng chủ đạo, biên độ phụ thuộc hệ số biến điệu  , trong đó: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 89 , , r m c m U U   , Ur,m: biên độ của sóng sin chủ đạo, Uc,m: biên độ sóng răng cưa. Để đảm bảo điện áp ra có chứa ít nhất thành phần sóng hài bậc cao, sơ đồ phải làm việc trong chế độ tuyến tính, nghĩa là phải đảm bảo 0 1  . Điện áp ra sẽ chứa các thành phần sóng bậc cao với tần số bằng các bội số của tần số xung răng cưa. Do tần số xung răng cưa rất cao so với tần số sin chuẩn nên rất dễ dàng loại bỏ được các sóng hài bậc cao này. Đây là ưu điểm cơ bản của phương pháp biến điệu bề rộng xung. Nhược điểm của phương pháp này là các van phải làm việc với tần số đóng cắt cao nên tổn hao công suất do đóng cắt lớn, hệ thống điều khiển cũng phức tạp hơn. Đối với hai van trên cùng một nhánh cầu tín hiệu điều khiển giữa các lần khoá một van trên mở một van dưới và ngược lại phải có một thời gian trễ tối thiểu nhằm đảm bảo van đó khoá lại chắc chắn trước khi van kia mở ra. Nếu không sẽ xuất hiện dũng đâm xuyên làm tăng tổn thất trên sơ đồ, thậm chớ cú thể phá hỏng các van. Hình3.3 mô tả sự xuất hiện dòng đâm xuyên và yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển. Thời gian trễ  giữa tín hiệu mở V1 và V4 phải ít nhất bằng thời gian khoá của van. Đối với IGBT giá trị tiêu biểu 1,5 2 S   .   Hình 3.3: Mô tả sự xuất hiện dòng đâm xuyên và yêu cầu đối với tín hiệu điều khiển 1.1 Mạch nguồn ổn áp kiểu xung dùng trassitor Mỗi loại nguồn trên đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Nên tùy theo yêu cầu của nguồn mà ta chọn các kiểu nguồn xung như trên. Sau đây là nguyên tắc hoạt động của từng bộ nguồn trên mình chỉ nói về các bộ nguồn hay dùng trong thực tế: 1.1.1 Nguồn xung kiểu: Boot Kiểu dạng nguồn xung này cho điện áp đầu ra lớn hơn điện áp đầu vào: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 90 Vin < Vout Xét một mạch nguyên lý như sau : Hình 3.4: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Boot Mạch có cấu tạo nguyên lý khá đơn giản. Cùng dùng một nguồn đóng cắt, dùng cuộn cảm và tụ điện. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào điều biến độ rộng xung và giá trị cuộn cảm L. Khi "Swich On" được đóng lại thì dòng điện trong cuộn cảm được tăng lên rất nhanh, dòng điện sẽ qua cuộn cảm qua van và xuống đất. Dòng điện không qua diode và tụ điện phóng điện cung cấp cho tải. Ở thời điểm này thì tải được cung cấp bởi tụ điện. Chiều của dòng điện như trên hình vẽ Khi "Switch Off" được mở ra thì lúc này ở cuối cuộn dây xuất hiện với 1 điện áp bằng điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào cùng với điện áp ở cuộn cảm qua diode cấp cho tải và đồng thời nạp cho tụ điện. Khi đó điện áp đầu ra sẽ lớn hơn điện áp đầu vào, dofng qua tải được cấp bởi điện áp đầu vào. Chiều của dòng điện được đi như hình vẽ. Điện áp ra tải cuả phụ thuộc giá trị của cuộn cảm tích lũy năng lượng và điều biến độ rộng xung (điều khiển thời gian on/off). Tần số đóng cắt van là khá cao hàng Khz để triệt nhiễu công suất và tăng công suất đầu ra. Dòng qua van đóng cắt nhỏ hơn dòng đầu ra. Van công suất thường là Transior tốc độ cao, Mosfet hay IGBT... Diode là diode xung, công suất. Công thức tính các thông số đầu ra của nguồn Boot như sau : Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 91 Ipk = 2 x Iout,max x (Vout / Vin,min) Tdon = (L x Ipk) / (Vout - Vin) Điện áp đầu ra được tính như sau : Vout = ((Ton / Tdon) + 1) x Vin Với: Ton là thời gian mở của Van Ipk là dòng điện đỉnh Trong nguồn Boot thì điện áp đầu ra lớn hơn so với điện áp đầu vào do đó công suất đầu vào phải lớn hơn so vói công suất đầu ra. Công suất đầu ra phụ thuộc vào cuộn cảm L. Hiệu suất của nguồn Boot cũng khá cao nên được dùng nhiều trong các mạch nâng áp do nó truyền trực tiếp nên công suất của nó rất lớn. Ví dụ như mạch biến đổi từ nguồn 12VDC lên 310VDC chả hạn. Nguồn boost có 2 chế độ: Chế độ không liên tục: Nếu điện cảm của cuộn cảm quá nhỏ, thì trong một chu kỳ đóng cắt, dòng điện sẽ tăng dần nạp năng lượng cho điện cảm rồi giảm dần, phóng năng lượng từ điện cảm sang tải. Vỡ điện cảm nhỏ nên năng lượng trong điện cảm cũng nhỏ, nên hết một chu kỳ, thfi năng lượng trong điện cảm cũng giảm đến 0. Tức là trong một chu kỳ dòng điện sẽ tăng từ 0 đến max rồi giảm về 0. Chế độ liên tục: Nếu điện cảm rất lớn, thì dòng điện trong 1 chu kỳ điện cảm sẽ không thay đổi nhiều mà chỉ dao động quanh giá trị trung bình. Chế độ liên tục có hiệu suất và chất lượng bộ nguồn tốt hơn nhiều chế độ không liên tục, nhưng đòi hỏi cuộn cảm có giá trị lớn hơn nhiều lần. 1.1.2. Nguồn xung kiểu: Buck Đây là kiểu biến đổi nguồn cho điện áp đầu ra nhỏ hơn so với điện áp đầu Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 92 vào tức là Vin < Vout Xét một mạch nguyên lý sau : Hình 3.4: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Buck Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản chỉ dùng một van đóng cắt nguồn điện và phần lọc đầu ra. Điện áp đầu ra được điều biến theo độ rộng xung. Khi ” Switch On” được đóng tức là nối nguồn vào mạch thì lúc đó dòng điện đi qua cuộn cảm và dòng điện trong cuộn cảm tăng lên, tại thời điểm này thì tụ điện được nạp đồng thời cũng cung cấp dòng điện qua tải. Chiều dòng điện được chạy theo hình vẽ Khi ''Swith Off '' được mở ra tức là ngắt nguồn ra khỏi mạch. Khi đó trong cuộn cảm tích lũy năng lượng từ trường và tụ điện điện được tích lũy trước đó sẽ phóng qua tải. Cuộn cảm có xu hướng giữ cho dòng điện không đổi và giảm dần. Chiều của dòng điện trong thời điểm này như trên hình vẽ. Quá trình đóng cắt liên tục tạo tải một điện áp trung bình theo luật băm xung PWM. Dòng điện qua tải sẽ ở dạng xung tam giác đảm bảo cho dòng liên tục qua tải. Tần số đóng cắt khá cao để đảm bảo triệt nhiễu công suất cho mạch. Van công suất thường sử dụng các van như Transitor tốc độ cao, Mosfet hay IGBT Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 93 Điện áp đầu ra được tính như sau : Vout = Vin * (ton/(ton+toff) = Vin* D (với D là độ rộng xung %) Với ton, toff lần lượt là thời gian mở và thời gian khóa của van Đối với kiểu nguồn Buck này thì cho công suất đầu ra rất lớn với công suất đầu vào vì sử dụng cuộn cảm, tổn hao công suất thấp. Do vậy nên nguồn Buck được sử dụng nhiều trong các mạch giảm áp nguồn DC. Ví dụ: Như từ điện áp 100V DC mà muốn hạ xuống 12V DC thì dùng nguồn Buck là hợp lý. Dưới đây là một ứng dụng của nguồn Buck trong việc tạo ra nguồn 3.3V Mạch dùng LM3485 để tạo xung đóng cắt van. Mạch có thể điều chỉnh được điện áp đầu ra, có phản hổi để ổn định điện áp. 1.1.3. Nguồn xung kiểu: Flyback Đây là kiểu nguồn xung truyền công suất dán tiếp thông qua biến áp. Cho điện áp đầu ra lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp đầu vào. Từ một đầu vào có thể cho nhiều điện áp đầu ra Sơ đồ nguyên lý như sau : Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 94 Hình 3.5: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Flyback Mạch có cấu tạo bởi 1 van đóng cắt và một biến áp xung. Biến áp dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu ra. Điện áp đầu ra phụ thuộc vào băm xung PWM và tỉ số truyền của lõi thép. Như chúng ta đã biết chỉ có dòng điện biến thiên mới tạo được ra từ thông và tạo được ra sức điện động cảm ứng trên các cuộn dây trên biến áp. Do đây là điện áp một chiều nên dòng điện không biến thiên theo thời gian do đó ta phải dùng van đóng cắt liên tục để tạo ra được từ thông biến thiên. Khi “Switch on ” được đóng thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp tăng dần lên. Cực tính của cuộn dây sơ cấp có chiều như hình vẽ và khi đó bên cuộn dây thứ cấp sinh ra một điện áp có cực tính dương như hình vẽ. Điện áp ở sơ cấp phụ thuộc bởi tỷ số giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Lúc này do diode chặn nên tải được cung cấp bởi tụ C. Khi “Switch Off” được mở ra. Cuộn dây sơ cấp mất điện đột ngột lúc đó bên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải và đồng thời nạp điện cho tụ. Trong các mô hình của nguồn xung thì nguồn Flybach được sử dụng nhiều nhất bởi tính linh hoạt của nó, cho phép thiết kế được nhiều nguồn đầu ra với 1 nguồn đầu vào duy nhất kể cả đảo chiều cực tính. Các bộ biến đổi kiểu Flyback được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống sử dụng nguồn pin hoặc acqui, có một nguồn điện áp vào duy nhất để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp (+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao.Đặc điểm quan trọng của bộ biến đổi Flyback là pha(cực tính) của biến áp xung được biểu diễn bởi các dấu chấm Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 95 trên các cuộn sơ cấp và thứ cấp (trên hình vẽ) Công thức tính toán cho nguồn dùng Flyback: Vout=Vin x (n2/n1) x (Ton x f) x (1/(1-(Ton x f))) Với: n2 = cuộn dây thứ cấp của biến áp n1 = Cuộn dây sơ cấp biến áp Ton = thời gian mở của Q1 trong 1 chu kì f là tần số băm xung (T=1/f = (Ton + Toff)) Nguồn xung kiểu Flyback hoạt động ở 2 chế độ: Chế độ liên tục (dòng qua thứ cấp luôn > 0) và chế độ gián đoạn (dòng qua thức cấp luôn bằng 0) Một mạch ứng dụng nguồn dùng Flyback như sau: Hình 3.6: Mạch nâng áp dùng nguồn chuyển đổi flyback Đây là mạch nâng ấp dùng nguồn chuyển đổi flyback. Điện áp đầu vào 12V cho đầu ra tới 180V. Sử dụng IC555 và có ổn định điện áp đầu ra . 1.1.4 Nguồn xung kiểu: Push-Pull Đây là dạng kiểu nguồn xung được truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp, cho điện áp đầu ra nhỏ hơn hay lớn hơn so với điện áp đầu vào. từ một điện áp đầu vào cũng có thể cho nhiều điện áp đầu ra. Nó được gọi là nguồn đẩy kéo. Xét sơ đồ nguyên lý sau : Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 96 Hình 3.7: Mạch nguyên lý nguồn xung kiểu: Push-Pull Đối với nguồn xung loại Push-Pull này thì dùng tới 2 van để đóng cắt biến áp xung và mỗi van dẫn trong 1 nửa chu kì. Nguyên tắc cũng gần giống vớinguồn flyback. Khi A được mở B đóng thì cuộn dây Np ở phía trên sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía trên ở thứ cấp có điện và điện áp sinh ra có cùng cực tính. Dòng điện bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải. Như trên hình vẽ. Khi B mở và A đóng thì cuộn dây Np ở phía dưới sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía dưới thứ cấp có điện và điện áp này sinh ra cũng cùng cực tính. Như trên hình vẽ. Với việc đóng cắt liên tục hai van này thì luôn luôn xuất hiện dòng điện liên tục trên tải. Chính vì ưu điểm này mà nguồn Push Pull cho hiệu suất biến đổi là cao nhất và được dùng nhiều trong các bộ nguồn như UPS, Inverter Công thức tính cho nguồn Push-Pull Vout = (Vin/2) x (n2/n1) x f x (Ton,A + Ton,B) Với : Vout = Điện áp đầu ra -V Vin = Điện áp đầu vào - Volts n2 = 0.5 x cuộn dây thứ cấp. Tức là cuộn dây thứ cấp sẽ quấn sau đó chia 1/2. Đơn vị tính bằng Vòng n1 = Cuộn dây sơ cấp f = Tần số đóng cắt – Hertz Ton, A = thời gian mở Van A – Seconds Ton, B = Thời gian mở Van B – Seconds Một số lưu ý khi dùng nguồn đẩy kéo: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 97 + Trong 1 thời điểm thì không được cả hai van A và B cùng dẫn. Mỗi van chỉ được dẫn trong 1 nửa chu kì. Khi van này mở thì van kia phải đóng và ngược lại. + Thời gian mở các van phải chính xác, giữa 2 van cần phải có thời gian chết để đảm bảo cho hai van không dẫn cùng. Tham khảo một sơ đồ ứng dụng mạch Push-Pull Trong mạch này thì nguồn đẩy kéo chỉ giữa chức năng là nâng điện áp từ 12V lên tới 310V. TL494 làm chức năng tạo xung đóng cắt có thời gian chết để điều khiển các van đóng cắt. Còn nhiều kiểu nguồn xung khác nữa nhưng tôi chỉ nói đến các nguồn hay dùg hiện nay. Các bạn có thể tham khảo thêm về các bộ nguồn ở trong tài liệu hay giáo trình 1.2. Mạch nguồn ổn áp kiểu xung dùng IC 1.2.1. Nguồn ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 98 Hình 3.8: Mạch ổn áp kiểu xung dùng dao động nghẹt Trong mạch: - Transistor Q đóng vai trò là phần tử daoo động đồng thời là phần tử ổn áp. - T là máy biến áp dao động nghẹt đồng thời là biến áp tạo nguồn thứ cấp cung cấp điện cho mạch điện và thiết bị. - C1, R1: Giữ vai trò là mạch hồi tiếp xung để duy trì dao động. - R4: làm nhiệm vụ phân cực ban đầu cho mạch hoạt động. - D3, R4, C4, C5 làm nhiệm vụ chống quá áp bảo vệ transistor. - D1, R2, C2, C3: Tạo nguồn cung cho mạch ổn áp. - D2: Làm nhiệm vụ tạo điện áp chuẩn cho mạch ổn áp gọi là tham chiếu. * Hoạt động của mạch gồm 2 giai đoạn sau: Giai đoạn tạo nguồn: Được thực hiện như sau: Điện áp một chiều từ nguồn ngoài được tiếp tế đến cực C của Q qua cuộn sơ câp của biến áp T, một phần được đưa đến cực B của transistor qua điện trở R3 làm cho transistor chuyển từ trạng thái từ không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện sinh ra dòng điện chạy trên cuộn sơ cấp của biến áp T, dòng điện biến thiên này cảm ứng lên cuộn thứ cấp hình thành xung hồi tiếp về cực B của transistor Q để duy trì dao động gọi là dao động nghẹt.Xung dao động nghẹt lấy trên cuộn thứ cấp khác được nắn bởi diode D4 và lọc bởi tụ C7 hình thành nguồn một chiều thứ cấp cung cấp điện cho mạch điện lúc này điện áp ngõ ra chưa ổn định. Giai đoạn ổn áp: Được thực hiện bởi một nhánh thứ cấp khác nắn lọc xung để hình thành điện áp một chiều có giá trị âm nhờ D1, C3 đặt vào cực B của transistor Q qua diode Zener D2 điều chỉnh điện áp phân cực của transistor Q để ổn định điện áp ngõ ra. Giữ điện áp ngõ ra được ổn định. Giả thuyết điện áp ngõ ra tăng đồng thời cũng làm cho điện áp âm được hình thành từ D1,C3 cũng tăng làm cho điện áp tại anốt của diode zener D2 tăng kéo theo điện áp tại catot giảm làm giảm dòng phân cực cho Q ổn áp dẫn điện yếu điện áp ngõ ra giảm bù lại sự tăng ban đầu giữ ở mức ổn định. Hoạt động của Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 99 mạch sảy ra ngược lại khi điện áp ngõ ra giảm cũng làm điện áp âm tại anốt của D2 giảm làm cho điện áp tại catot tăng nên tăng phân cực B cho transistor Q do đó Q dẫn mạnh làm tăng điện áp ngõ ra bù lại sự giảm ban đầu điện áp ra ổn định. Ví dụ: Hình 3.9 : Cấu tạo của mạch dao động nghẹt trong nguồn xung Điện trở mồi (R1) có giá trị lớn khoảng 470KΩ, có nhiệm vụ mồi cho đèn Q1 dẫn. Tụ hồi tiếp (C1): đưa điện áp từ cuộn hồi tiếp về để chuyển trạng thái đèn Q1 từ đang dẫn sang trạng thái ngắt. Điện trở hồi tiếp R2: Hạn chế dòng hồi tiếp đi qua tụ C1. Đèn công suất Q1: Tạo dòng điện ngắt mở đi qua cuộn sơ cấp biến áp, dòng điện ngắt mở này tạo thành từ trường cảm ứng lên cuộn hồi tiếp để tạo điện áp hồi tiếp - duy trì dao động, đồng thời cảm ứng lên cuộn thứ cấp để tạo thành điện áp đầu ra. Trong nguồn sử dụng dao động nghẹt, đèn công suất Q1 vừa tham gia dao động vừa đóng vai trò như một công tắc ngắt mở, đèn công suất của nguồn dao động nghẹt là đèn BCE. 1.2.2. Nguồn ổn áp kiểu xung dùng dao động đa hài Dao động đa hài là mạch dao động không có sự tham gia của cuộn dây, mạch dao động đa hài thường sử dụng kết hợp với điện trở, tụ điện để tạo thành dao động, đèn công suất trong nguồn dao động đa hài không tham gia giao động và sử dụng Mosfet để ngắt mở. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 100 Hình 3.10 : Bộ nguồn sử dụng mạch dao động đa hài - R1 là điện trở mồi nhưng có nhiệm vụ cấp nguồn cho IC dao động, R1 có giá trị từ 47KΩ đến 68KΩ - Đèn công xuất của mạch nguồn dao động đa hài là đèn Mosfet DSG, đèn này không tham gia dao động. - Mạch hồi tiếp về IC là để giữ cho điện áp ra ổn định, không có nhiệm vụ tạo dao động. * Phân tích hoạt động của bộ nguồn Tivi Sámung Vina CS 2040, CS 5085, CS 3866. Hình 3.11: Bộ nguồn Tivi Samsung vina CS2040, CS5080 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 101 Mạch tạo dao động: sử dụng IC MIS0169 để tạo dao động, mạch không có R,c hồi tiếp vì vậy đây là mạch dao động đa hài, dao động tạo ra được đưa sang IC công suất SMR40000 để thực hiện ngắt mở dòng điện chạy qua sơ cấp biến áp. Mạch nguồn không có hồi tiếp so quang và không có hồi tiếp cao áp vì vậy nguồn này có ngược điểm là điện áp đầu ra thay đổi khoảng 20% giữa chế độ chờ và khi cao áp hoạt động. Do vậy, nguồn này thường gây hỏng sò dòng và Diode ghim bảo vệ đầu ra. * Phân tích sơ đồ khối nguồn của máy JVC 1490M Hình 3.12: Sơ đồ mạch nguồn Tivi JVC 1490 Nguyên lý hoạt động: Mạch dao động: Khi có điện áp 300V đi vào mạch nguồn, ban đầu điện áp đi qua điện trở mồi R905, nạp qua tụ C913 vào chân B của đèn công suất thông qua chân 2 IC, làm đèn công suất dẫn, có dòng đi qua cuộn sơ cấp, cảm ứng sang cuộn hồi tiếp, nạp qua C916 và R907 hồi tiếp về chân 2, duy trì dao động. Mạch ổn định điện áp ra: Điện áp hồi tiếp được chỉnh lưu qua D902 lọc trên C914 lấy ra điện áp âm để đưa về chân 1 IC có tác dụng giữ cho áp ra cố địn khi áp vào thay đổi, mạch này không giữ được áp ra cố định khi cao áp chạy. 1.3. Các loại nguồn khác Bộ khuếch đại thuật toán trong sơ đồ là mạch theo điện áp có độ lợi bằng 1, trong đó pin Weston được nối trực tiếp với đầu vào không đảo, vỡ trở khỏng Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 102 vào của KĐTT rất cao chỉ nhận dòng khoảng 0,03 mA từ pin Weston nhưng lại có trở kháng ra gần bằng 0 và có thể cấp dòng ra trên 5 mA. Như vậy mạch này có điện áp đầu ra chính xác 1,018 V và dòng ra trên 5 mA Hình 3.13: Nguồn áp chính xác Hình 3.14: Nguồn áp chính xác có đầu ra tăng cường Hình 3.15: Bộ nguồn thay đổi được điện áp Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 103 Hình 3.16: Nguồn thay đổi 3 V - 15 V Hình 3. 17: Bộ nguồn ổn định 3 - 30V; 0 - 1A Hình 3.18: Nguồn ổn áp 3V - 30V có hạn dòng ngõ ra Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 104 Hình 3.19: Bộ nguồn đối xứng 0 - 30 V 1.4. Sửa chữa các hư hỏng trên nguồn Thực tế, mạch nguồn ổn áp ngắt mở thường rất hay hư do luôn hoạt động với công suất cao và gánh toàn bộ các tải của máy. Một khi thành phần nào đó trên tải bị chạm, nếu mạch bảo vệ không hoạt động tốt, mạch nguồn sẽ bị hỏng. Mặt khác, nguyên lý mạch nguồn ngắt mở khá phức tạp, cấu tạo mạch nguồn khá đa dạng. Vả lại, điều kiện để mạch nguồn hoạt động tốt là các khối bảo vệ, các lệnh khống chế mạch nguồn phải bình thường. Do đó, công việc sửa chữa mạch nguồn cực kỳ quan trọng. Thứ tự tìm PAN trên mạch nguồn Switching thường tuân theo trình tự như sau: * Kiểm tra nguồn AC ngõ vào: Đo trực tiếp điện áp AC từ dây cắm AC vào, qua contact chính, cầu chì, các cuộn lọc nhiễu đường dây, các ngõ vào của diode nắn điện. * Kiểm tra điện áp DC ngõ vào: Lưu ý: Để đo điện áp DC ngõ vào cần quan sát xem mass nguồn sơ cấp và thứ cấp có trùng nhau không. Nếu không , điểm mass của đồng hồ VOLT phải là ở phía sơ cấp, chắc chắc nhất là ta kẹp que đen của đồng hồ VOM (DC) vào chân (-) của tụ lọc nguồn chính. Điểm đo điện áp DC cuối cùng phải là cực C (hoặc chân tương ứng trên IC nguồn), giá trị này khoảng √2 của điện áp hiệu dụng dòng điện AC ngõ vào. * Kiểm tra Transistor Switching, MOSFET Switching: Nếu các transistor này chạm C - E hoặc D - S: Cắm điện nổ cầu chì. * Kiểm tra các linh kiện trên đường hồi tiếp ổn định mạch dao động: Thông dụng nhất là các phần tử ghép quang và các tụ ghép nối tiếp cuộn dây thứ cấp biến áp ngắt mở. Đa số là nếu transistor bên trong OPTO bị đứt: Điện áp ngõ ra rất cao. Nếu transistor này chạm C - E: Mất nguồn ngõ ra. * Kiểm tra các tải ngõ ra có chạm hay không: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 105 Thông thường, Diode nắn ở ngõ ra thứ cấp biến áp ngắt mở là Diode xung. Chúng thường có ký hiệu là RU. Các Diode này thường dễ bị nối tắt → Thứ cấp của biến áp ngắt mở bị chạm → xảy ra hiện tượng quá dòng, quá tải → mạch bảo vệ hoạt động → mạch nguồn sơ cấp không hoạt động. Hình 3.20: Lỗi tải ngõ ra Khi tải chạm, sẽ có tiếng rít của mạch nguồn ngay tại thời điểm mới bắt đầu cắm điện AC, sau đó tiếng rít này mất, mạch nguồn hoàn toàn im lặng. * Kiểm tra mạch bảo vệ đường nguồn: - Dò tìm đường bảo vệ, kiểm tra mạch bảo vệ Ví dụ: Phương pháp sửa chữa khối nguồn trong Tivi mầu JVC 1490M: Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp khối nguồn. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 106 Hình 3.22: Sơ đồ mạch điện khối nguồn tivi JVC * Phương pháp sửa chữa: - Đo nguội: + Đo IC nguồn, chân (2), (3), (4) của IC nguồn tương tự như một đèn bán dẫn. + Đo chân vào chân ra với mass tương đương như một diode. - Đo nóng: + Đo điện áp chân (2), (3), (4) của IC nguồn. Nếu vi xử lý chưa làm việc ta có thể lấy một điện trở khoảng 10Ω nối từ nguồn 5V vào chân (17) của vi xử lý đưa về mở các đèn bán dẫn làm việc lấy ra các mức điện áp 115V; 15,3V cấp cho các mạch điện. + Kiểm tra các mạch bảo vệ: Nếu các nguồn ra bị sự cố một trong sáu đường nguồn thì các mạch bảo vệ sẽ làm việc không cho nguồn làm việc. * Một số pan cơ bản: - Pan 1: Bật công tắc nguồn không thấy đèn báo sáng: Kiểm tra cầu chì F901, nếu hỏng thay cầu chì mới, đo nguội chân (2), (3), (3). Nếu không hỏng thì cắm điện. Nếu bị chập thì tháo IC nguồn ra để kiểm tra. - Pan 2: Cắm điện có đèn báo sáng nhưng máy không chạy: kiểm tra nguồn 115V và 30V. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 107 - Pan 3: Cắm điện cầu chì nổ: Kiểm tra tụ C914, xem tiếp giáp của công suất nguồn. - Pan 4: Bật công tắc có đèn nguồn báo sáng nhưng rít: Do mất xung dòng đưa về. 2. Mạch bảo vệ 2.1. Khái quát chung về mạch bảo vệ Khi có sự cố sảy ra (quá áp hay ngắn mạch). Các sự cố này sẽ bị tách khỏi hệ thống nhờ mạch bảo vệ. Ngắn mạch là hiện tượng mạch điện bị chập lại ở một điểm nào đó làm cho tổng trở mạch nhỏ đi, dòng điện trong mạch sẽ tăng cao đột ngột và điện áp giảm xuống. Việc dòng điện tăng cao quá mức sẽ gây các hậu quả nghiêm trọng: - Xuất hiện lực điện động lớn có khả năng phá hủy kết cấu của các thiết bị điện, tiếp tục gây chạm chập cháy nổ. - Làm nhiệt độ tăng cao phá hủy các đặc tính cách điện, việc này tiếp tục gây ra các ngắn mạch khác. Ổn định điện áp: là mạch điều khiển điện tử để duy trì một điện áp đầu ra Vout không đổi, bất kể việc thay đổi điện áp đầu vào Vin hay thay đổi dòng. Bảo vệ mạch khỏi quá áp. Nhiệm vụ của mạch bảo vệ là bảo vệ transistor công suất nguồn không bị hỏng khi phụ tải bị chập. 2.2. Mạch bảo vệ chống ngắn mạch 2.2.1. Mạch bảo vệ dùng linh kiện rời * Đối với nguồn ổn áp tuyến tính mạch bảo vệ chống quá dòng: người ta tính chính xác để xác định cường độ dòng điện làm chảy cầu chì. Nếu vượt quá giá trị dòng điện đã tính, cầu chì sẽ bị chảy, ổ lập tức ngắt mạch, cách ly nguồn điện với tải. Trường hợp nổ cầu chì thường là chạm mạch hoặc cắm lộn dây điện. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 108 2.2.2. Mạch bảo vệ dùng IC Nguồn 12 V/5 A dùng LM340K-12 hoặc 7812: Bộ nguồn này dùng IC LM340K-12 có gắn tỏa nhiệt với transistor Q2 dùng để nâng dòng điện lên 5A, có khả năng bảo vệ khi ngắn mạch tải bằng giới hạn dòng Q1 và R2. Ngõ ra giảm xuống 0 ngay khi dòng ra vượt quá 5A, R2 là điện trở 0,3 Ω/6 W loại dây quấn đường kính 22, thứ cấp biến áp có điểm giữa với điện áp đối xứng 18 V/8 Hình 3.19 Nguồn 12 V/5 A dùng LM340K-12 2.3. Mạch bảo vệ chống quá áp 2.3.1.Mạch bảo vệ dùng linh kiện rời. Mạch bảo vệ ổn áp khi bị quá tải hoặc ngắn mạch thì sơ đồ ổn áp được vẽ lại như hình vẽ 3.20a. Khi dòng tải It tăng thì điện áp rơi trên Rsc (sampling - circuit - điện trở này đóng vai trò lấy mẫu) cũng tăng lên. Khi điện áp trên Rsc tăng đủ lớn, làm Q2 mở, Q2 mở làm dòng cực base của transistor Q1 giảm, làm giảm dòng tải qua transistor Q1, tránh cho Rt quá tải. Như vậy, hoạt động của Rsc và Q2 là hạn chế dòng tải cực đại. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 109 Hình 3.20a: Mạch hạn chế dòng Mạch hạn chế dòng hình 3.20a: chỉ là giảm điện áp tải khi dòng điện vượt quá giá trị giới hạn. Hình 3.20b là mạch hạn chế dòng điện cải tiến. Mạch này sẽ làm giảm cả điện áp và dòng điện ra bảo vệ tải khỏi quá dòng. Trong sơ đồ này có thêm bộ phân áp R4 và R5 bộ phân áp sẽ lấy một phần điện áp đầu ra của Q1. Khi dòng It tăng lên đến giá trị cực đại, điện áp rơi trên Rsc đủ lớn mở Q2 để hạn chế dòng. Nếu điện trở tải nhỏ, điện áp điều khiển Q2 mở nhỏ. Khi điện trở tải trở lại giá trị của nó, mạch hoạt động trở lại ổn áp. Hình 3.20b: Mạch hạn chế dòng cải tiến 2.3.2. Mạch bảo vệ dùng IC Nguồn ổn áp 5V tại 200 mA hoặc thay đổi được 7 – 20 V tại 100 mA dùng 7805 (hoặc LM340-05) và LM741 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 110 Hình 3.21: Ổn áp 5V/200 mA hoặc 7-20 V/100 mA 2.4 Sửa chữa các hư hỏng trên mạch 2.4.1 Mạch ổn áp transistor Mạch ổn áp transitor và diode zener được dùng nhiều trong mạch điện tử dân dụng. Transistor NPN thường dùng mạch ổn áp nối tiếp, với chân C là đầu vào (nối với điện áp chưa ổn định), chân E đầu cấp điện áp ra đã ổn áp. Diode zener đặt ở chân B của transistor Vào 22k 0.001 DZ 680 1000uf 54.5v 13.6v +13.6V Bị rò rỉ 12k - Điện áp ra mất hoặc rất thấp khi transistor hở mạch. Điện áp ra chập chờn khi transistor ổn áp hoạt động chập chờn. Điện áp ra thấp hơn bình thường khi Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 111 transistor ổn áp bị dò. - Transistror ổn áp bị ngắn mạch làm cho các diode zener (ở chân B của transistror ổn áp ) bị ngắn mạch. - Khi điện áp ngõ ra bị mất hoặc giảm, ta kiểm tra linh kiện transistror ổn áp, diode zener và các điện trở ohm nhỏ. - Một số các thiết bị điểu khiển bảo vệ dùng relay mà trường hợp relay bảo vệ không được mở, thì ta phải phán đoán ban đầu là transistor có vấn đề . khi đầu que đo điện áp đặt vào các chân transsitor ổn áp, relay đóng mạch và tải bắt đầu hoạt động, có thể kết luận mạch ổn áp hoạt động chập chờn. Biện pháp khắc phục là hàn lại các mối hàn của mạch transistor ổn áp, tải hoạt động tốt hơn không bị chập chờn. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 112 2.4.2 Bảng xử lý sự cố mạch điện áp cung cấp Triệu chứng Vị trí Biện pháp khắc phục Tải không hoạt động Nguồn cung cấp điện áp thấp Đo điện áp dc trên tụ lọc nguồn lớn. Nếu không có điện áp cần kiểm tra lại cầu chì Diode Không có điện áp- kiểm tra diode (đo trở kháng nguội bằng VOM ) Cầu nắn điện Kiểm tra 4 diode trong cầu nắn điện Biến áp Đo điện áp trên cuộn thứ cấp và sơ cấp cuộn dây sơ cấp có thể bị đứt Điện áp chập chờn Mạch ổn áp Kiểm tra transistor ổn áp, kiểm tra IC ổn áp, hở mạch, kiểm tra diode zener, kiểm tra các mối hàn Cầu chì mới bị đứt tiếp Diode Kiểm tra didoe sislic bị ngắn mạch hoặc bị rò. Kiểm tra các vòng dây trong biến áp nguồn bị chập. Biến áp quá dòng Didoe Kiểm tra cầu diode bị ngắn mạch, kiểm tra tụ bị rò, kiểm tra cuộn dây biến áp bị chập, thay hoặc quấn lại máy biến áp. Mất điện áp cung cấp Mạch điện cung cấp Kiểm tra điện trở cầu chì, hở mạch ( bị đứt do quá dòng). Kiểm tra diode silic bị ngắn mạch hoặc bị rò. Kiểm tra tụ lọc nguồn trên mạch Điện áp cung cấp bị giảm Diode Kiểm tra diode bị hở mạch hoặc bị rò. Kiểm tra transistor ổ áp. Kiểm tra mạch bị quá tải trong phần nguồn, Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 113 điện áp bị giảm thấp. 2.4.3. Các Pan thường gặp của bộ nguồn ATX (dùng cho máy tính để bàn) Bộ nguồn không hoạt động: Kích nguồn không chạy (Quạt nguồn không quay). Nguyên nhân hư hỏng trên có thể do: - Chập một trong các transistror công suất => dẫn đến nổ cầu chì, mất nguồn 300V đầu vào. - Điện áp 300V đầu vào vẫn còn nhưng nguồn cấp trước không hoạt động, không có điện áp 5V STB - Điện áp 300V có, nguồn cấp trước vẫn hoạt động nhưng nguồn chính không hoạt động. Kiểm tra: Cấp điện cho bộ nguồn và kiểm tra điện áp 5V STB ( trên dây mầu tím) xem có không (đo giữ dây tím và dây đen) => Nếu có 5V STB (trên dây mầu tím ) => thì sửa chữa như Trường hợp 1 ở dưới Nếu đo dây tím không có điện áp 5V, bạn cần tháo vỉ nguồn ra ngoài để kiểm tra. Đo các transistor công suất xem có bị chập không? Đo bằng thang X1Ω => Nếu các transistror công suất không chập => thì sửa như Trường hợp 2 ở dưới . => Nếu có một hoặc nhiều transistror công suất bị chập => thì sửa như Trường hợp 3 ở dưới Sửa chữa: Trường hợp 1: Có điện áp 5V STB nhưng khi đấu dây PS_ON xuống Mass quạt không quay. Phân tích: Có điện áp 5V STB nghĩa là có điện áp 300V DC và thông thường các transistror công suất trên nguồn chính không hỏng, vì vậy hư hỏng ở đây là do mất dao động của nguồn chính, bạn cần kiểm tra như sau: - Đo điện áp Vcc 12V cho IC dao động của nguồn chính - Đo kiểm tra các đèn Q3 và Q4 khuếch đại đảo pha. Nếu vẫn có Vcc thì thay thử IC dao động Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 114 Hình 3.22: Mạch nguồn ATX 3. Mạch dùng IC OP-AMP 3.1. Khái niệm chung 3.1.1. Khái niệm Khuếch đại thuật toán (KĐTT) là một thuật ngữ được đưa ra để chỉ một bộ khuếch đại đặc biệt có thể có nhiều cấu hình hoạt động khác nhau bằng cách ghép nối thích hợp các thành phần bên ngoài. Các bộ KĐTT được ứng dụng đầu tiên trong các máy tính tương tự với các phép tính số học đơn giản như: cộng, trừ, nhân, chia, vi phân và tích phân. Khả năng này là kết quả của sự kết hợp giữa hệ số khuếch đại lớn và hồi tiếp âm. Cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử từ cấu tạo bằng những bóng chân không nặng nề, sau đến các BJT rời rạc, tới nay các bộ KĐTT đều ở dạng tích hợp. Việc này làm cho các bộ KĐTT trở nên gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng lượng, làm việc ổn định và được ứng dụng rất rộng rãi. Mạch khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier: Op-Amps) có ký hiệu như hình sau Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 115 Hình 3.23: Sơ đồ chân và hình dáng thực tế của Op-Amp 3.1.2. Các đặc tính cơ bản Giữa các bộ khuếch đại thuật toán và các bộ khuếch đại thông thường về cơ bản không có sự khác nhau. Cả hai loại này đều được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hoặc công suất. Trong khi tính chất của bộ khuếch đại thông thường phụ thuộc kết cấu bên trong của mạch thì tác dụng của bộ khuếch đại thuật toán có thể thay đổi được phụ thuộc vào linh kiện mắc bên ngoài. Để thực hiện được điều đó bộ khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại rất lớn, trở kháng vào rất lớn và trở kháng ra rất nhỏ. Bộ khuếch đại thuật toán được biểu diễn như hình vẽ sau: Hình 3.24: Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán Trong đó: U0 là điện áp vào hiệu. UT, It là điện áp và dòng điện vào cửa thuận. UĐ, Id là điện áp và dòng điện vào cửa đảo. Ura, Ira là điện áp và dòng điện vào đầu ra. Bộ khuêch đại thuật toán khuếch đại điện áp ra U0 = UT– UĐ với hệ số khuếch đại K0> 0. Do đó điện áp ra Ura = K0.Ud= K0.( UT – UĐ). Nếu UĐ=0 thì Ur = K0.U0lúc này điện áp Ura đồng pha với điện áp UT. Vì vậy người ta gọi cửa T là cửa vào không đảo của bộ khuếch đại thuật toán và được ký hiệu bởi dấu ”+”. Tương tự như vậy khi UT = 0 thì Ur= -K0.UĐ điện áp đầu ra luôn ngược pha với điện áp đầu vào. Nên đầu vào Đ được gọi là đầu vào đảo của bộ khuếch đại thuật toán và được ký hiệu bởi dấu ”-”. Ngoài ra bộ khuếch đại Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 116 thuật toán còn có hai cửa để đấu với một nguồn điện áp đối xứng ±Ucc và các cửa để chỉnh lệch không và bù tần số. Một bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng có các tính chất sau: - Trở kháng vào Zv= ∞ - Trở kháng ra Zr=0 - Hệ số khuếch đại K0= ∞ Tuy nhiên trong thực tế thì không có bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng. Để đánh giá bộ khuếch đại thuật toán thực với bộ khuếch đại thuật toán lý tưởng người ta căn cứ vào các tham số của nó. Lên vùng tần số cao hệ số khuếch đại giảm xuống. Nguyên nhân do sự phụ thuộc tham số của transistor và điện dung kí sinh trong sơ đồ. Đặc tuyến truyền đạt , đặc tuyến biên độ như hình sau: Hình 3.25: Đặc tuyến biên độ Gọi KCM là hệ số khuếch đại tín hiệu đồng pha thì hệ số nén tín hiệu đồng pha được xác định theo biểu thức: ܩ = ܭ଴ ܭ஼ெ Thường G= 103÷104. Một bộ khuếch đại thuật toán thường có 4 tầng ghép trực tiếp với nhau. Tầng vào là tầng khuếch đại vi sai tiếp theo là tầng khuếch đại trung gian có thể là tầng đệm hay khuếch đại vi sai thứ hai, đến tầng dịch mức và tầng khuếch đại ra. Hình 3.26: Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 117 Đặc tuyến truyền đạt quan trọng nhất của Op-Amp là đặc tuyến truyền đạt, theo đặc tuyến này Ura chỉ tỷ lệ Uv trong dải điện áp -Ec ÷ +Ec nào đó. Dải điện áp này gọi là dải biến đổi điện áp ra của OA( hay là miền tuyến tính). Ngoài dải này điện áp ra không thay đổi và được xác định bằng các trị số -Ec, +Ec gọi là điện áp bão hòa, giá trị điện áp này không phụ thuộc giá trị điện áp vào và gần bằng trị số nguồn cung cấp( điện áp này thườn thấp hơn trị số nguồn từ 1V đến 3V về giá trị). 3.2. Mạch khuếch đại dùng OP- AMP 3.2.1. Mạch khuếch đại đảo Hình 3.27: Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại đảo cho ở hình có thực hiện hồi tiếp âm điện áp qua Rht. Đầu vào thuận được nối đất. Tín hiệu qua R1 đưa tới đầu vào đảo. Nếu coi IC có trở khasngg vào vô cùng lớn tức Zv→∞ thì dòng vào IC vô cùng bé I0= 0. Viết phương trình dòng điện tại nút N ta có: Iv - I0 - Iht= 0 Vì I0 = 0 nên ta có phương trình: Iv = Iht Từ đó ta có : ௏ܷ − ଴ܷ ܴଵ = ଴ܷ − ௥ܷ ܴ௛௧ Khi K→∞ điện áp đầu vào ଴ܷ = ௎ೝ௄ → 0 do đó: ܷ௏ ܴଵ = − ௥ܷ ܴ௛௧ Do đó hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại đảo Ku có hồi tiếp âm song song được xác định bằng phần tử thụ động trong sơ đồ: ܭ௨ = ௥ܷ ௏ܷ = −ܴ௛௧ ܴଵ Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 118 3.2.2. Mạch khuếch đại không đảo Hình 3.28: Mạch khuếch đại không đảo Mạch khuếch đại không đảo có tín hiệu đưa vào trực tiếp ngõ vào không đảo, còn ngõ vào đảo được nối đất thông qua điện trở R1. Vì điện áp đặt vào hai cửa rất bé nên quan hệ giữa Uv và Ur xác định bởi công thức: ܷ௏ = ௥ܷ . ܴଵܴଵ + ܴ௛௧ Hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại thuận ܭ௨ = ௥ܷܷ௏ = ܴଵ + ܴ௛௧ܴଵ = 1 + ܴ௛௧ܴଵ Khi R1→∞, Rht→0 thì Ku=1 sơ đồ trên trở thành mạch lặp điện áp. 3.2.3. Mạch cộng Hình 3.29: Mạch cộng đảo Sơ đồ mạch cộng đảo được cho trên hình. Viết phương trình dòng điện tại nút N ta có: ଵܷ ܴଵ + ଶܷ ܴଶ + ଷܷ ܴଷ + ௥ܷ ܴ௛௧ = 0 R1 Uv Ur- + U1 3 2 6 7 4 0 Rht R1 - +3 2 6 7 4 Rht R2 0 Ur R3 U3 U2 U1 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 119 Từ đây ta rút ra được quan hệ điện áp ra và các điện áp vào: ௥ܷ = −(ܴ௛௧ܴଵ . ଵܷ + ܴ௛௧ܴଶ . ଶܷ + ܴ௛௧ܴଷ . ଷܷ) 3.2.4. Mạch trừ Hình 3.30: Mạch trừ Sơ đồ mạch trừ cho như hình trên. Tại nút N: ଵܷ − ܷே ܴଵ = ܷே − ௥ܷ ܴଶ ܷே ൬ 1ܴ ଵ + 1ܴ ଶ ൰ = ଵܷ ܴଵ + ௥ܷ ܴଶ Tại nút P: Áp dụng tính chất cầu phân áp ta có ܷ௉ = ܴସܴଷ + ܴସ . ଶܷ Thay UN=UP ta có: ܴସ ܴଷ + ܴସ . ଶܷ ൬ 1ܴଵ + 1ܴଶ൰ = ଵܷܴଵ + ௥ܷܴଶ ௥ܷ = ܴସ. (ܴଵ + ܴଶ)ܴଵ(ܴଷ + ܴସ) . ଶܷ − ܴଶܴଵ . ଵܷ 3.2.5. Mạch vi phân N P R3 U2 Rht - + 3 2 6 7 4 0 Ur R1 R2 U1 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 120 Hình 3.31: Mạch vi phân Mạch vi phân là mạch điện áp đầu ra tỷ lệ với vi phân điện áp đầu vào tức là: ௥ܷ = ݇. ݀ ௩ܷ݀௧ Trong đó: k là một hệ số. Mạch vi phân dùng IC khuếch đại thuật toán như hình vẽ xem như Ud= 0, I0=0 nên: ܫ௩ = ܥ. ௗ௎ೡௗ೟ Mà ܷ௥ = −ܫ௩.ܴ nên ௥ܷ = −ܴ.ܥ. ௗ௎ೡௗ೟ Trong đó k = RC = ߬ nên ta có: ௥ܷ = −߬ ௗ௎ೡௗ௧ với ߬ = RC được gọi là hằng số vi phân. Khi tín hiệu vào là hình sin mạch vi phân làm việc như một bộ lọc tần cao, hệ số khuếch đại của nó tỷ lệ thuận với tần số tín hiệu vào và làm quay pha tín hiệu một góc 900. Thường thì mạch vi phân làm việc kém ổn định ở tần số cao vì khi đó ܼ௖ = ଵఠ௖ 3.2.6. Mạch tích phân Hình 3.32: Mạch tích phân - +3 2 6 7 4 Uv Rht 0 Ur C1 - +3 2 6 7 4 Uv Rht 0 Ur C Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 121 Mạch tích phân là mạch mà điện áp đầu ra tỷ lệ với điện áp đầu vào: ௥ܷ௔ = ݇.න ௩ܷ .݀ݐ௧ ଴ Trong đó k là hệ số. Mạch tích phân sử dụng IC khuếch đại thuật toán tại nút A ta có: Iv=Ic −ܿ. ௗ௎ೝೌ ௗ௧ = ௎ೡ ோ Nên: ௥ܷ௔ = − 1ܴܥන ܷ௩.݀ݐ + ௥ܷ௔଴௧଴ Ở đây Ura0 là điện áp trên tụ C khi t=0 (là hằng số tích phân xác định từ điều kiện ban đầu). Thường khi t = 0, Uv = 0 nên Ura = 0 nên ௥ܷ௔ = − ଵఛ ∫ ௩ܷ݀ݐ௧଴ Trong đó: ߬ = ܴܥ gọi là hằng số thời gian của mạch tích phân. Khi tín hiệu vào thay đổi từng nấc tốc độ thay đổi của điện áp ra bằng: ∆ ௥ܷ௔ ∆ݐ = − ௩ܷ ܴܥ Đầu ra bộ tích phân có điện áp tăng hay giảm tuyến tính theo thời gian, đối với tín hiệu hình sin mạch tích phân trở thành mạch lọc thông thấp. 3.3. Mạch dao động dùng OP-AMP 3.3.1 Mạch dao động sin Các bộ KĐTT có thể được dùng trong những ứng dụng tạo sóng, chúng có thể thực hiện chức năng tạo sóng sin, sóng vuông, tam giácvới tần số thấp vài Hz đến tần số cao khoảng 20 KHz. Sóng sin tần số thấp có thể được tạo ra bằng nhiều cách. Một cách rất đơn giản là ghép một mạch cầu T kép giữa đầu ra với đầu vào của mạch khuếch đại đảo dùng KĐTT như ở hình 3.33 Mạch cầu T kép gồm R1-R2-R3-R4 và C1-C2-C3, mạch cầu T kép được gọi là cân bằng khi R1 = R2 = 2(R3 + R4) và C1 = C2 = C3/2. Khi mạch hoàn toàn cân bằng nó sẽ trở thành bộ suy giảm phụ thuộc tần số, triệt hoàn toàn tín hiệu ra tại tần số trung tâm f = 1/6,28 R1C1 và cho các tần số khác truyền qua. Khi cầu không hoàn toàn cân bằng, nó vẩn đóng vai trò suy giảm nhưng lúc này có tín hiệu ra tại tần số trung tâm, và pha tín hiệu ra phụ thuộc vào chiều hướng mất cân bằng. Nếu 2(R3 + R4) nhỏ hơn R1 và R2 thì tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 122 Hình 3.33: Mạch dao động cầu T kép 1 KHz Trong sơ đồ tín hiệu vào của mạch cầu T kép lấy từ đầu ra của KĐTT, đầu ra của nó lại đưa vào đầu vào đảo của KĐTT và R4 được hiệu chỉnh cẩn thận sao cho cầu T kép có điện áp ra nhỏ tại tần số trung tâm, tín hiệu ra này sẽ ngược pha với tín hiệu vào. Như vậy có hồi tiếp dương tại tần số trung tâm và mạch dao động tại tần số này, giá trị này trong sơ đồ khoảng 1 KHz. Biên độ ra có thể thay đổi từ 0 đến 5 V hiệu dụng nhờ R7, nên chỉnh R4 sao cho mạch vừa đúng dao động, khi đó tín hiệu ra có độ méo toàn phần <1%. Biên độ ra không thể tăng vọt cao quá nhờ đặc tuyến phi tuyến của KĐTT sẽ tự động điều chỉnh biên độ khi tín hiệu ra đạt đến mức bảo hòa của đặc tuyến. Mạch dao động 1 KHz ở hình 3.34 sử dụng một phương pháp khác để tự động điều chỉnh biên độ. Diode silic D1 được nối giữa đầu ra với đầu vào của KĐTT qua biến trở phân áp R7. Khi điện áp trên diode vượt quá vài trăm mV, diode sẽ dẫn và làm giảm độ lợi của mạch. Do đó, nó đóng vai trò điều chỉnh biên độ. Để chỉnh mạch ở hình 3.34. Trước tiên đặt con trượt của R7 tại điểm nối với đầu ra KĐTT, bây giờ chỉnh R4 để không có dao động, sau đó thay đổi R4 thật chậm cho đến khi bắt đầu xuất hiện dao động. Lúc này tín hiệu sin ra có biên độ khoảng 500 mVP-P hay 170 mV hiệu dụng và quá trình cân chỉnh đã hoàn tất. Khi đó R7 có thể dùng để thay đổi tín hiệu ra từ 170 mV đến 3 V hiệu dụng với độ méo không đáng kể. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 123 Hình 3.34: Dao động cầu T kép ổn định bằng diode Các mạch trong 2 sơ đồ trên dùng làm bộ dao động tần số cố định rất tốt nhưng không thể tạo ra nhiều tần số khác nhau do khó thay đổi cùng lúc ba hay bốn thành phần của cầu T kép. Tuy nhiên, bằng cách ghép mạch lọc Wien với KĐTT có thể tạo ra mạch dao động nhiều tần số khác nhau . Tần số ra của các mạch này có thể thay đổi mười lần nhờ bộ biến trở đôi R2 và R3, các mạch này chỉ khác nhau ở cách tự động điều chỉnh biên độ. Trong các sơ đồ, mạch lọc Wien gồm R1-R2-R3-R4 và C1-C2 nối giữa đầu ra với đầu vào không đảo của KĐTT và một cầu phân áp tự động điều chỉnh biên độ nối giữa đầu ra với đầu vào đảo. Cầu Wien thực chất là một mạch suy giảm phụ thuộc tần số có hệ số suy giảm là 1/3 tại tần số trung tâm. Do đó để có được sóng sin ít méo thì phần điều chỉnh biên độ của mạch luôn tự động thay đổi để bảo đảm duy trì độ lợi toàn phần của mạch gần bằng 1. Mạch hình 3.35 tự động điều chỉnh biên độ bằng cách nối tiếp R5 và đèn tim LMP1 tạo thành một cầu phân áp tự điều chỉnh.. Đèn được chọn tùy ý từ 12V đến 28V và có dòng danh định nhỏ hơn 50 mA. Khi mạch đã hiệu chỉnh đúng, sóng sin ra có độ méo sóng hài khoảng 0,1% và mạch đòi hỏi nguồn cấp dòng khoảng 6 mA. Mạch này được hiệu chỉnh bằng cách đặt R6 ở mức ra cao nhất rồi chỉnh R5 để có đầu ra khoảng 2,5V hiệu dụng. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 124 Hình 3.35: Mạch dao động cầu Wien 150 Hz – 1,5 KHz Hình 3.36: Mạch dao động Wien ổn định bằng diode Các mạch hình 3.35 và 3.36 sử dụng diode chỉnh lưu hay diode zener để ổn định độ lợi toàn phần. Cả hai dạng mạch này có độ méo từ 1 đến 2% nhưng lại có ưư điểm là không gây ra những biến động về biên độ khi thay đổi tần số. Biên độ ra đỉnh-đỉnh của mỗi mạch lớn nhất là bằng hai lần điện áp chuyển trạng thái của các diode. Mạch hình 3.36 gồm các diode bắt đầu dẫn tại 500 mV nên biên độ đỉnh-đỉnh lớn nhất chỉ là 1 V, còn các diode ở hình 3.12 là loại diode zener có điện áp đánh thủng cao khoảng 5,6 V nên biên độ ra đỉnh-đỉnh lớn nhất lên đến 12 V. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 125 Hình 3.37: Mạch dao động Wien ổn định bằng diode zener Quá trình hiệu chỉnh các mạch ở hình 3.36 và 3.37 như sau: Đầu tiên, thay đổi R5 sao cho mạch đạt đến trạng thái ổn định với độ méo thấp nhất. sau đó thay đổi tần số ra và kiểm tra để chắc chắn có dao động với mọi tần số. Nếu cần tìm những tần số mà tại đó dao động yếu rồi chỉnh R5 để thu được dao động tốt, khi đó mạch sẽ làm việc tốt trong toàn bộ dải tần. Mức ổn định trong toàn dải tần phụ thuộc vào mức đồng nhất giữa các biến trở R2-R3 và biến trở đôi này nên dùng loại chất lượng tốt. Các mạch ở hình 3.35 đến 3.37 được thiết kế để dao động từ 150 Hz đến 1,5 KHz. Nếu cần, dải tần có thể thay đổi được bằng cách dùng những tụ C1 và C2 khác nhau, tăng điện dung sẽ làm giảm tần số. Tần số ra cao nhất với độ méo thấp của mỗi mạch khoảng 25 KHz, do tốc độ quét của 741 có giới hạn. Mạch dao động Wien có thể được thay đổi theo nhiều cách tùy theo yêu cầu cụ thể. Chẳng hạn, nó có thể dùng làm bộ dao động tần số cố định hay bộ dao động tần số cố định nhưng có thể tinh chỉnh hay sửa đổi để mạch chỉ cần dùng một nguồn cung cấp. Như mạch trong hình 3.38 là thay đổi của hình 3.37 để dao động 1 KHz với một nguồn cung cấp. R7 và R8 là cầu phân áp cung cấp điện áp tính tại điểm giữa và C3 nối tắt R8 về mặt xoay chiều nhằm làm giảm trở kháng nguồn trên đường truyền. Nếu không có R3 và R4, dao động xảy ra tại tần số dưới 1 KHz Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 126 một ít. R3 và R4 ghép song song với R2 của mạch Wien và có thể chỉnh tần số làm việc chính xác 1 KHz. Hình 3.38: Dao động Wien một nguồn cung cấp Cuối cùng mạch hình 3.37 thay đổi thành mạch ở hình 3.39 có tần số dao động 8Hz hay còn gọi là mạch dao động tremolo. Cầu Wien gồm R1-R2 và C1- C2 với các diode zener ZD1 và ZD2, bộ phân áp cố định R3-R4 dùng để điều chỉnh biên độ, R3 lớn khoảng gấp đôi R4 để bảo đảm dao động với độ méo nhỏ. Hình 3.39: Mạch dao động tremolo 8 Hz 3.3.2 Mạch dao động không sin KĐTT có thể thực hiện được các yêu cầu tạo sóng vuông tần số thấp rất tốt bằng cách ráp mạch theo kiểu dao động tích thoát như ở hình 3.15a. Mạch gồm hai bộ phân áp đều lấy tín hiệu từ đầu ra của KĐTT và lần lượt đưa tín hiệu ra của chúng đến hai đầu vào của KĐTT. Một bộ phân áp thuần trở gồm R2 và R3 có đầu ra nối với đầu vào không đảo của KĐTT, bộ phân áp kia gồm R1 và C1 xác định thời hằng sóng vuông nối với đầu. vào đảo của KĐTT. Lúc này KĐTT đóng vai trò một mạch so sánh điện áp và chuyển trạng thái liên tục tùy theo mức chênh lệch giữa hai tín hiệu vào. Nguyên lý hoạt động của mạch: Giả thiết C1 đã hoàn toàn xả và đầu ra KĐTT đang ở mức bảo hòa dương và như vậy cả hai bộ phân áp đều có tín hiệu vào dương khá lớn. Do đó, qua bộ phân áp R2-R3, một nữa điện áp bảo hòa dương được đưa đến đàu vào không đảo, còn ở đầu vào đảo có điện áp dương Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 127 tăng dần do C1 nạp theo hàm mũ qua R1 và đầu ra của KĐTT. Sau một thời gian khi điện áp ở đầu vào đảo vừa lớn hơn điện áp tại đầu vào không đảo thì KĐTT chuyển trạng thái và đầu ra của nó bắt đầu âm. Do đó, thông qua bộ phân áp R2-R3 điện áp tại đầu vào không đảo cũng âm theo, trong khi đó điện áp tại đầu vào đảo vẩn còn dương do điện áp trong C1 không thể thay đổi tức thời. Điều này làm cho đầu ra của KĐTT càng nhanh chóng chuyển sang vùng bảo hòa âm. Hình 3.40: Mạch dao động tích thoát cơ bản Khi đầu ra đã rơi vào vùng bảo hòa âm thì thông qua bộ phân áp R2-R3, một nữa điện áp bảo hòa âm xuất hiện tại ngõ vào không đảo và C1 bắt đầu xả qua R1 và đầu ra của KĐTT. Điện áp tại đầu vào đảo sẽ âm dần theo quy luật hàm mũ. Cho đến khi điện áp ở đây vừa âm hơn điện áp ở đầu vào không đảo, hiện tượng chuyển mạch xảy ra và đầu ra KĐTT lại nhanh chóng chuyển vào vùng bảo hòa dương. Mạch cứ như thế chuyển trạng thái không ngừng. Như vậy đầu ra của KĐTT cho ra một chuỗi xung vuông và một chuỗi xung gần giống dạng tam giác trên tụ C1. Mạch dao động tích thoát cơ bản này có một số tính chất khá đặc biệt. Tần số dao động như đã phân tích ở trên phụ thuộc vào cả thời hằng R1-C1 và hệ số phân áp R2- R3. Do đó tần số dao động có thể thay đổi bằng cách thay đổi giá trị của một trong bốn linh kiện này. Tần số dao động hầu như bị khống chế bởi R1-R2-R3-C1, ít bị ảnh hưởng bởi điện áp nguồn. Vì vậy mạch có độ ổn định tần số rất tốt. Mạch ở hình 3.30b được sửa đổi từ mạch 3.40 để tạo ra bộ dao động sóng vuông có tần số biến đổi được từ 500 Hz đến 500 KHz. Trong trường hợp này, tần số thay đổi bằng cách hiệu chỉnh hệ số phân áp của bộ phân áp R2-R3-R4. Hệ số phân áp cùng với tần số ra có thể thay đổi 10 lần. Nếu cần có thể hiệu chỉnh R1 hoặc thay R1 bằng một điện trở 47 KΩ ghép nối tiếp với biến trở 100 KΩ (hình 3.41) để có được tần số làm việc thấp nhất của mạch vừa đúng 500 Hz, mạch này cũng dùng biến trở 10 KΩ để thay đổi biên độ tín hiệu ra. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 128 Hình 3.41: Dao động sóng vuông 500 Hz – 5 KHz Mạch hình 3.41 được sửa đổi thành mạch hình 3.42 để có thể thay đổi tần số từ 2 Hz đến 20 KHz với bốn thang. Mỗi thang ứng với từng vị trí của khóa chọn các điện trở và tụ định thời. Ở mỗi nhánh định thời đều có biến trở tinh chỉnh nhằm đặt tần số ra thấp nhất của mỗi thang, tránh hiện tượng bốn vùng tần số chồng lên nhau. Hình 3.42: Dao động vuông 500 Hz – 5 KHz Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 129 Hình 3.43: Dao động sóng vuông 2 Hz – 20 KHz Cuối cùng, hình 3.43 cho thấy cách sửa đổi mạch tạo sóng vuông cơ bản để làm bộ tạo âm thanh theo nút nhấn. Với các giá trị đã cho, mạch phát tần số 500 Hz với S1, 670 Hz với S2 và 760 Hz với S3. Có thể thay đổi tần số bằng cách đổi giá trị điện trở định thời. Mạch này có thể dùng làm thành phần cơ bản cho hệ thống phát âm VD dùng để điều khiển từ xa. Chú ý rằng loại KĐTT có thể dùng là loại 709 hoặc 741. KĐTT 709 có tốc độ quét cao hơn 741 nên có sóng vuông ra tốt hơn. 741 cho dạng sóng tốt ở tần số khoảng 2 KHz trong khi 709 cho dạng sóng khá tốt ở những tần số khoảng 20 KHz. Hình 3.44: Mạch tạo âm bằng nút nhấn Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 130 3.4. Mạch nguồn một chiều dùng OP-AMP 3.4.1 Mạch chỉnh lưu chính xác Trong thực tế, đôi lúc người ta cần mạch chỉnh lưu có điện áp ngõ ra như hình vẽ trong điều kiện lý tưởng, nhưng trên thực tế dù diode được phân cực thuận và dẫn dòng thì vẫn có một sụt áp đáng kể trên diode (chỉnh lưu cầu sụt áp này là 2VD). Điều này dẫn đến sự méo dạng điện áp ngõ ra như hình vẽ. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng mạch chỉnh lưu chính xác sử dụng Op- Amps như hình vẽ Hình 3.45: Dạng sóng mạch chỉnh lưu chính xác Do dòng điện hai ngõ vào của Op-Amps bằng không nên trong chu kỳ phân cực thuận của diode (chu kỳ chỉnh lưu) Vin=Vout, vì vậy sóng dạng điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu như sóng dạng bộ chỉnh lưu lý tưởng. Sơ đồ mạch chỉnh lưu chính xác Trong sơ đồ trên ổn áp âm (op-am) được dùng với mạch giới hạn dòng.Transistor MPS-A70 cùng với điện trở lấy mẫu 6,5 Ω (trong IC ổn áp 3 chân cũng có tích hợp mạch hạn dòng ngõ ra) Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 131 Hình 3.46: Nguồn 15 V/1 A Mạch nguồn ổn áp 5 V tại 200 mA hoặc thay đổi được 7 – 20 V tại 100 mA dùng 7805 (hoặc LM340-05) và LM741 Hình 3.47: Ổn áp 5 V/200 mA hoặc 7-20 V/100 mA Khi các khóa ở vị trí +5 thì nguồn là 5 V/200 mA, khi các khóa ở vị trí VAR thì là nguồn 7-20 V/100 mA. Khi đó op-amp LM741 làm nhiệm vụ là bộ đệm không đảo để đưa điện áp mẫu từ cầu phân áp đến chyân COM, biến trở 10 K dùng để chỉnh điện áp ra. 3.4.2. Nguồn dòng công suất lớn Trong thực tế đôi khi nguồn dòng cung cấp năng lượng ra tải sẽ tốt hơn nguồn áp ví dụ như khi nạp bình ắc qui, nếu sử dụng nguồn dòng bình sẽ lâu hư hơn nhiều lần so với nạp bằng nguồn áp; đặc biệt khi nguồn áp cung cấp thường xuyên có giá trị bất ổn định (như lấy điện từ năng lượng mặt trời, sức gió ...). Những lúc như vậy ta có thể sử dụng nguồn dòng trình bày trên hình sau: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 132 Hình 3.48: Mạch nguồn dòng công suất Có thể tăng thêm dòng cho mạch điện trên khi thay Q2 bằng các transistor darlington (transistor được lắp ghép sẵn dạng darlington bên trong linh kiện). Nhưng lúc này R1 cũng phải giảm theo một cách tương ứng. 3.4.3. Nguồn ổn áp Hiện nay, ổn áp DC sử dụng vi mạch chuyên dụng đã đạt đến độ ổn định rất cao, tuy nhiên muốn chế tạo một bộ ổn áp sử dụng Op-Amps có độ ổn định tương đối tốt cũng không phải là điều khó! Có thể thực hiện theo mạch sau: Hình 3.49: Mạch nguồn ổn áp dùng op- amp Khi chỉnh định tỉ số giữa R2 và R3 thay đổi hệ số khuếch đại vòng kín của mạch sẽ làm thay đổi được điện áp ngõ ra ở mức ổn định mới. Với dòng tải tối đa là 1A trong khi điện áp ngõ vào biến thiên trong một dãy điện áp rộng, bộ nguồn này chắc chắn sử dụng được khá nhiều việc trong lĩnh vực điện tử vi mạch. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 133 3.4.4. Mạch ổn định dòn /áp 5A Nhiều ổn áp được trang bị các mạch giới hạn dòng để bảo vệ phần tử điều khiển khi quá tải. Mặc dù tải có thể bị ngắn mạch nhưng dòng sẽ bị giới hạn tại một giá trị đặt trước. Thật ra mạch này hoạt động như một mạch ổn định dòng điện. Hình 3.50: Nguồn ổn định dòng/áp 5 A Op-amp không hoạt động khi mạch ở chế độ ổn áp, có thể xem LM317K như một transistor NPN, khi đó chân VIN trở thành collector, VOUT là emitter và chân ADJ là cực base và LM317K có chức năng lái transistor điều khiển MJ4502. Việc giới hạn dòng tự động xảy ra khi sụt áp do dòng tải trên điện trở lấy mẫu R3 đủ để chuyển trạng thái của op-amp LM301A, op-amp này làm việc như một mạch so sánh điện áp, lúc này D1 và D2 phân cực thuận và dòng vào cực nền của LM317K giảm đủ để duy trì op-amp ở trạng thái khóa. Giá trị dòng giới hạn được điều chỉnh bằng R2. Diode D3 sáng khi mạch làm việc ở chế độ dòng hằng, tụ ra C3 10 μF là tụ tantal 3.5. Sửa chữa các hư hỏng trên mạch. 3.5.1 Một số những hư hỏng thường gặp đối với mạch khuếch đại dùng Op amp a. Mạch khuếch đại cơ bản Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 134 Mạch này có hệ số khuếch đại AV = -(R1/R2) và được gọi là mạch khuếch đại. Mạch khuếch đại không đảo này có hệ số khuếch đại AV = 1 + (R1/R2) b. Sơ đồ mạch khuếch đại thực tế Sơ đồ mạch Các hư hỏng thường gặp: - Mất âm thanh Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 135 - Âm thanh bị yếu - Âm thanh bị méo dạng - Âm thanh bị nhiễu - Các hư hỏng trên được khắc phục bằng phương pháp gắn ngõ động lực kết hợp với VOM để kiểm tra điện áp DC và các thành phần trong mạch. 3.5.2 Lắp mạch khuếch đại vi sai dùng OP-AM - Tín hiệu ra: ௢ܸ = ܴ2ܴ1 (ܸ݅2 − ܸ݅2) = ܣݒ. (ܸ݅1 − ܸ݅2) - Với R1 = R3, R4 = R2, Av = R2/R1 - Dùng VOM đo điện áp ra Vo và ghi giá trị vào bảng sau: Vi1 (V) - 10 -5 0 5 10 Vi2 (V) Vo (V) - 7 Vo (V) - 4 Vo (V) 0 Vo (V) 4 Vo (V) 7 - Vẽ đồ thị biểu diễn hàm Vo = f(Vi1) cho mỗi trường hợp Vo. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 136 3.5.2 Mạch khuếch đại đảo Yêu cầu 1. Đo và vẽ dạng sóng ngõ ra Vo, ngõ vào Vi? Nhận xét. 2. Xác định các thông số Av, Ai, Zi, Zo. Nhận xét kết quả. 3. Xác định tần số cắt dưới, tần số cắt trên, băng thông. Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số của mạch. * Hướng dẫn thực hiện: Bước 1: Cấp Vi’ là tín hiệu hình Sin, biên độ 2V, tần số 1Khz vào tại A. Bước 2: Nối 2 điểm B1 và B2. Dùng OSC đo tín hiệu ra Vo ở kênh 1, tiếp tục chỉnh các biến trở sao cho Vo đạt lớn nhất nhưng không bị méo dạng. Bước 3: Xác định Av: - Dùng OSC đo Vi tại B, Vo tại C ở 2 kênh CH1 và CH2. Vẽ lại dạng sóng và nhận xét về độ lệch pha của Vi và Vo. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 137 Sau đó tính Av theo công thức: ܣ௩ = ଴ܸ ௜ܸ Bước 4: Xác định Zi: - Mắc nối tiếp điện trở Rv=1.5KΩ giữa 2 điểm B1 và B2, sau đó tính Zi: ܼ௜ = ܴ௩ ቀ ௏ଵ ௏ଶ − 1ቁ - Với: V1 là giá trị điện áp ngõ ra tại B1 V2 là giá trị điện áp ngõ ra tại B2 Chú ý: Các thông số V1, V2 phải được đo bằng OSC. Bước 5: Xác định Zo ܼ଴ = ܴܮ. ൤ ௢ܸ1 ௢ܸ2 − 1൨ - Với : Vo1 là điện áp tại ngõ ra C khi chưa mắc RL Vo2 là điện áp tai ngõ ra C khi đã mắc RL = 12KΩ Bước 6: Xác định góc lệch pha φ - Dùng OSC đo Vi, Vo ở 2 kênh và cho hiển thị cùng lúc - Xác định góc lệch pha theo công thức: ߮ = ߙ ܶ 360଴ - Với: T là chu kỳ của tín hiệu φ là góc lệch pha a là độ lệch về thời gian Bước 7: Xác định các tần số cắt fL, fH và băng thông Bước 8: Vẽ đáp tuyến biên độ - tần số - Giữ nguyên biên độ, thay đổi tần số của tín hiệu vào Vi theo bảng sau: f(Hz) 10 50 200 500 1K 10K 50K 100K 200K 500K 1M 2M V0 (V) AV Av Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 138 (%) Từ bảng kết quả vẽ đáp tuyến biên độ - tần số * Câu hỏi và bài tập Bài 3 1. Trình bày nguyên lý mạch nguồn ổn áp kiểu xung dùng transistro hay IC? 2. Trình bày kiểm tra và sữa chữa nguồn ổn áp dạng xung? 3. Trình bày các dạng mạch khuếch đại dùng OP-AMP? 4. Trình bày các mạch dao động dùng OP-AMP? 5. Cho mạch khuếch đại không đảo như hình vẽ: Với R1 = 100kΩ, Rht = 100kΩ, Uv = 2V. Tính điện áp ra. Đáp án: Điện áp ra được tính theo công thức: Ur = (1 + ோ೓೟ோభ ). Uv=(1 + ହ଴଴௄ఆଵ଴଴௄ఆ).2 = 12V 6. Cho mạch điện như hình vẽ với Rht=1MΩ biết: R1 Uv Ur- + U1 3 2 6 7 4 0 Rht Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 139 a. U1=1V, U2=2V, U3=3V, R1=500KΩ, R2=1MΩ, R3=1MΩ b. U1=-2V, U2=3V, U3=1V, R1=200KΩ, R2= 500KΩ, R3=1MΩ Đáp án: Đây là mạch cộng đảo nên ta có: a. Ur = -( ோ೓೟ ோభ . ଵܷ + ோ೓೟ோమ .ܷଶ + ோ೓೟ோయ .ܷଷ) = -(ଵ଴଴଴ହ଴଴ . 1 + ଵ଴଴଴ଵ଴଴଴ . 2 + ଵ଴଴଴ଵ଴଴଴.3) b. Ur= -( ோ೓೟ ோభ . ଵܷ + ோ೓೟ோమ . ଶܷ + ோ೓೟ோయ . ଷܷ)=-(ଵ଴଴଴ଶ଴଴ .−(2) + ଵ଴଴଴ହ଴଴ . 3 + ଵ଴଴଴ଵ଴଴଴.3) 7. Cho mạch điện như hình vẽ. Với: R1=R2=R3= 100KΩ; R4= 500KΩ; U1= 25mV; U2=35mV. OA lý tưởng. Tính Ur Đáp án: Tại nút P: I1+I2=I0 Theo giả thiết OA lý tưởng nên I0=0 ta có: I1+I2=I0 ଵܷ − ܷ௉ ܴଵ + ଶܷ − ௉ܷ ܴଶ = 0 ܷ௉ ൬ 1ܴ ଵ + 1ܴ ଶ ൰ = ଵܷ ܴଵ + ଶܷ ܴଶ Tại nút N: Áp dụng tính chất cầu phân áp ta có R1 - +3 2 6 7 4 Rht R2 0 Ur R3 U3 U2 U1 N P R3 U2 R1 - +3 2 6 7 4 0 Ur R2 R4 U1 Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 140 ܷே = ܴଷܴଷ + ܴସ . ௥ܷ Vì ேܷ = ܷ௉ nên ta có phương trình: ܴଷ ܴଷ + ܴସ . ௥ܷ ൬ 1ܴଵ + 1ܴଶ൰ = ଵܷܴଵ + ଶܷܴଶ ௥ܷ = (1 + ܴସܴଷ)ܴଶ ଵܷ + ܴଵ ଶܷܴଵ + ܴଶ Thay số ta có: ௥ܷ = ൬1 + 500100൰ 100.25 + 100.35100 + 100 = 180ܸ݉ Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 141 Bài 4 CHẾ TẠO MẠCH IN 1. Phần mềm chế tạo mạch in 1.1. Giới thiệu chung Altium Limited (ASX:ALU) là nhà phát triển giải pháp thiết kế điện tử với phương châm hợp nhất các quá trình thiết kế vào một môi trường phát triển hợp nhất. Các sản phẩm của Altium cho phép tất cả các kỹ sư điện tử, các kỹ sư thiết kế, phát triển, và các tổ chức có thể tận dụng tối đa các lợi thế của công nghệ thiết kế tiên tiến, tạo ra những sản phẩm thông minh hơn và thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn Altium Designer là một hệ thống phát triển điện tử thống nhất đầu tiên trên thế giới cho phép các kỹ sư thiết kế sản phẩm điện tử từ những khái niệm ban đầu cho đến khi hoàn thành mạch in cuối cùng trong một môi trường đơn nhất. Altium Designer cung cấp một ứng dụng kết hợp tất cả công nghệ và chức năng cần thiết cho việc phát triển sản phẩm điện tử hoàn chỉnh, như thiết kế hệ thống ở mức bo mạch và FPGA, phát triển phần mềm nhúng cho FPGA và các bộ xử lý rời rạc, bố trí mạch in (PCB) Altium Designer thống nhất toàn bộ các quá trình lại và cho phép bạn quản lý được mọi mặt quá trình phát triển hệ thống trong môi trường tích hợp duy nhất. Khả năng đó kết hợp với khả năng quản lý dữ liệu thiết kế hiện đại cho phép người sử dụng Altium Designer tạo ra nhiều hơn những sản phẩm điện tử thông minh, với chi phí sản phẩm thấp hơn và thời gian phát triển ngắn hơn. Altium Designer là hệ thống phát triển các sản phẩm điện tử cho các thiết kế điện tử công nghiệp, phá bỏ mõi rào cản gây bởi các quá trình thiết kế riêng rẽ và hợp nhất các công đoạn thiết kế trong một môi trường phát triển sản phẩm duy nhất - thiết kế phần cứng, phần cứng khả trình, phần mềm nhúng. Môi trường thiết kế hợp nhất Altium Designer tận dụng những công nghệ điện tử tiên tiến nhất, chuyển sang phương pháp ‘thiết kế mềm’ mà không cần kỹ năng quá chuyên nghiệp về sử dụng và thiết kế các thiết bị khả trình. Điều này cho phép các công ty tăng sự linh hoạt của thiết kế giảm giá thành sản phẩm và thời gian đưa sản phẩm ra thị trường. Altium Designer cũng hỗ trợ khả năng tự do chuyển đổi giữa các linh kiện khả trình của nhiều nhà sản xuất khác nhau, tại bất kỳ thời điểm nào. Altium Designer cũng làm giảm tổng chi phí phát triển khi không cần tích hợp thêm những thiết bị với giá cao để tăng thêm tính năng hoặc tạo một giải pháp hoàn chỉnh. 1.2. Cài đặt Bước1: Tải phần mềm altium. Bước2: Chạy file cài đặt Setup.exe Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 142 Bước3: Chọn next Tích ô I accept the license agreement, chọn next Setup.exe Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 143 Điền thông tin trong ô Full Name, Organization, chọn next tiếp tục cài đặt. Quá trình cài đặt hoàn thành chọn finish để kết thúc. 1.3. Soạn thảo sơ đồ nguyên lý Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 144 Khởi động chương trình từ shortcut trên destop màn hình nền hoặc từ Menu Start>>Allprograms>>AltiumDesigner6>>AltiumDesigner6. Khi đó cửa sổ làm việc của AltiumDesigner có dạng như sau: Để tạo sơ đồ nguyên lý trước hết ta cần tạo 1 project (Dự án) mới: Từ menu File >> New >> Project >> PCB Project Hoặc bằng các phím tắt: F, N, J, B. Việc sử dụng phím tắt sẽ giúp bạn thiết kế nhanh hơn. Các phím tắt của menu tương ứng được gạch chân dưới menu hoặc lệnh tương ứng: Ở đây ta chọn PCB Project: Dự án mạch in để phụ vụ cho việc chuyển từ Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 145 sơ đồ nguyên lý sang mạch in ở các chương sau này, PCB (PrintedCircuitBoard): mạch in. Bây giờ trên cửa sổ Projects của Bàn làm việc bên phía trái sẽ xuất hiện tên 1project mới có tên mặc định là: PCB_Project1.PrjPCB và phía bên dưới xuất hiện thông báo NoDocumentsAdded Do chưa có tài liệu, bản vẽ nào trong dự án. Ta có thể lưu lại Project này với tên mới: bấm phải chuột vàoPCB_Project1.PrjPCB một menu mới xuất hiện, chọnSave project tại cửa sổ hiện ra chọn nơi lưu giữ project và đặt tên mới cho project tại mục File name là: Baitap1.PrjPCB. Ta sẽ thấy cửa sổ project sẽ có tên mới là: Baitap1.PrjPCB. Bây giờ ta thêm bản vẽ sơ đồ nguyên lý mạch điện vào project: bấm phải chuột vào Baitap1.PrjPCB Tại menu xuất hiện chọn: Add NewtoProject, tại menu con hiện ra chọn tiếp Schematic (Sơ đồ nguyên lý). Còn nếu bản vẽ đã có từ trước ta có thể chọn Add Existingto Project (tất nhiên chúng ta chưa có bản vẽ nào để sử dụng lựa chọn này). Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 146 Trên cửa sổ Project bên dưới Baitap1.PrjPCB xuấthiện đã báo cho ta biết tài liệu nguồn mới có tên mặc định là: Sheet1.SchDoc, đồng thời có 2 biểu tượng xuất hiện cùng Baitap1.PrjPCB và Sheet1.SchDoc đó là biểu tượng 2 tờ giấy: tờ giấy đỏ báo rằng đã có sự thay đổi trong projectn vừa tạo (ta vừa thêm vào sơ đồ nguyên lý) nhưng chưa lưu lại sự thay đổi này vào project. Tờ giấy trắng báo rằng tài liệu Schematic chưa có sự thay đổi gì (do ta chưa vẽ gì). Ta lưu lại bản vẽ này với tên mới bằng cách bấm phải vào Sheet1.SchDoc tại menu hiện ra chọn Save, chọn nơi lưu bản vẽ và đặt tên mới cho bản vẽ tại mục File name, ở đây tôi đặt là: Nguyenly1.SchDoc. Tên mới này tương tự cũng được thể hiện lại ở cửa sổ quản lý project. Môi trường làm việc của Altium tự động chuyển sang môi trường vẽ mạch nguyên lý. Phân tích mạch nguyên lý đầu bài cho ta thấy: Mạch gồm 5 điện trở, 1 biến trở, 2 tụ điện, 1 cuộn dây, 3 diode, 1triac, 2 transistor npn, 1 công tắc chuyển mạch 3 chấu, 6 chân nguồn nối mass. Ta tiến hành lấy các linh kiện này từ thư viện của Altium. Sau đây là môi trường vẽ mạch nguyên lý: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 147 Để tiến hành lấy linh kiện ta di chuyển chuột đến menu Libraries ở góc phải, nếu không thấy menu này thì vào menu: Designe>Browse Library (Ấnphímtắt: D,B), sau đó kéo thả cửa sổ này vào góc phải của chương trình (ấn và giữ chuột trái, rồi thả vào góc phải), hoặc ấn vào nút, khung Libraries sẽ ở chế độ tự động Nn, menu Libraries xuất hiện bên góc phải để cho ta dễ thao tác. Cửa sổ Libraries xuất hiện. Theo mặc định thư viện MiscellaneousDevices.IntLib tự động xuất hiện. Thư viện này chứa hầu hết các linh kiện đơn giản như: điện trở, tụ điện, transistor, Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 148 Để lấy điện trở: Ta gõ Res1 vào khung tên linh kiện. Hình dạng trong sơ đồ nguyên lý và chân cắm (footprint) sẽ xuất hiện bên dưới. Nhấp Place Res1 để lấy điện trở. Lúc này bên cạnh con trỏ chuột có sợi tóc hình chữ thập (crosshair) đồng thời linh kiện Res1 di chuyển theo con trỏ này. Nhưng hãy khoa nhấn chuột trái 1 lần nữa để đặt tres1 vào mạch nguyên lý: bấm phím Tab để xuất hiện hộp thoại ComponentProperties chứa các thông số và tùychọn về linh kiện. Tại mục Properties, khung Designator thay R? bằng tên linh kiện này là R1 để ký hiệu. Từ này về sau mỗi khi lấy Res1 kí hiệu của linh kiện đó sẽ tự động tăng lên 1:R2, R3,. Tại khung Comment miêu tả linh kiện ta có thể cho ẩn đi bằng cách bỏ chọn mục Visible. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 149 Giá trị của điện trở này bằng 39K, Nhưng theo mặc định giá trị này là 1K, do đó ta phải nhập lại giá trị này tại mục Parameter for R?-Res1, khung Value thay 1K bằng giá trị tương nag là 39K. Và cần đảm bảo dấu tích ở mục này có xuất hiện. (để cho giá trị này thể hiện trên bản vẽ). Sau khi nhập xong nhấn OK. Lúc này trên con trỏ chuộtR? đã được thay bằng R1, nhưng như ta thấy thì hình dạng này rất bé, để phóng to hình vẽ bấm phím PageUp trên bàn phím 1 hoặc nhiều lần đến khi nào thấy hình vẽ phù hợp thì thôi. Để thu nhỏ bản vẽ ta có thể bấm phím PageDown trên bàn phím. Chọn vị trí phù hợp trên bản vẽ, nếu muốn quay linh kiện có thể bấm phím X, hoặc Y, rồi bấm chuột trái để đặt linh kiện điện trở này lên bản vẽ. Như vậy là R1 đã được đặt trên bản vẽ. Sau khi đặt xong ta thấy trên con trỏ chuột vẫn xuất hiện linh kiện điện trở R2 (đã được tự động tăng lên), do vẫn ở trong chế độ đặt Res1. Ta có thể lấy luôn 4 điện trở còn lại bằng cách chọn những vị trí trên bản vẽ rồi đặt liên tiếp 4 điện trở này. Để kết thúc lấy Res1 ta bấm phím ESC. Có 1 điểm cần lưu ý là: các giá trị điện trở trong bản vẽ là khác nhau do đó ta phải đặt lại các giá trị này bằng cách trước khi đặt R2, R3, R4, R5 ta bấm phím Tab để đặt lại các giá trị này (hoặc có thể không cần thay đổi ngay, ta sẽ đặt lại các thông số này sau). Tương tự, để lấy 2 tụ điện: vào menu Libraries vẫn tại thư viện MiscellaneousDevices.IntLib ta gõ Cap và bấm chuột vào Place Cap, và trước khi đặt tụ điện này vào bản vẽ ta cũng bấm phím Tab để hiện hộp thoại Componentproperties: tại khung, Designator thay C? bằng C1, bỏ chọn mục Visible ở khung Comment. Theo mặc định giá trị tụ này là 100pF, ta có thể chỉnh lại giá trị này (hoặc bỏ qua để sau này chỉnh lại) thay 100pF bằng 0.1uF ở Khung Value của mục Parametersfor C?-Cap (chữu thay cho kí tự micro). Nhấn OK và chọn 2 vị trí khác nhau trên màn hình làm việc để đặt 2 tụ này. Tiếp theo, lấy Diode: tại menu Libraries, vẫn tại thư viện MiscellaneousDevices.IntLib ta gõ Diode vào khung tên linh kiện. Theo mặc định một cầu diode sẽ xuất hiện đầu tiên. Ta kéo xuống và chọn đúng Diode như hình vẽ bên. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 150 Nhấn Place Diode để trở về màn hình làm việc. Ấn phím Tab và đặt lại tên cho diode này là D1 thay vì D? tại hộp thoại Ấn phím Tab để hiện hộp thoại ComponentProperties như phần trên đã hướng dẫn. Nhấp OK và đặt 3 diode lên bản vẽ. Nhấn ESC để kết thúc lấy diode. Tiến hành lấy biến trở, cũng tại thư viện trên, gõ Rpot vào khung tên linh kiện. Nhấn Place RPot quay về màn hình làm việc. Ấn phím Tab để hiện hộp thoại Component Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 151 Properties: Thay R? bằng R6, bỏ chọn mục Visible ở khung Comment, nhập lại giá trị 100K ở khungValue của mục Parametersfor R?-Rpot, sau đó ấn OK để về màn hình làm việc, chọn vị trí thích hợp và đặt biến trở vào. Nhấn ESC để kết thúc lấy biến trở. Tiếp theo, để lấy Triac, vẫn tại thư viện MiscellaneousDevices.IntLib ta gõ Triac vào khung tên linh kiện: Chọn đúng Triac như hình vẽ trên. Rồi ấn Place Triac để quay về màn hình làm việc. Ấn phímTab để hiện hộp thoại Component Properties: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 152 Thay Q? bằng Q1 tại khung Designator. Rồi nhấn OK và chọn vị trí trên màn hình để đặt Q1. Ấn ESC để kết thúc lấy Triac. Để lấy Transistor NPN, vẫn tại thư viện trên ta gõ 2N3904 vào khung tên linh kiện rồi nhấn vào Place2N3904: Trước khi đặt vào bản vẽ ấn phím Tab để hiện hộp thoại Component Properties, thay Q? bằng Q2 ở khung Designator, sau đó nhấn OK quay về màn hình làm việc và đặt 2 transistor vào bản vẽ. Ấn ESC để thóat chế độ lấy transistor. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 153 Để lấy cuộn dây, vẫn tại thư viện trên, gõ InductorIron vào khung tên linh kiện tại menu Libraries. Ấn Place InductorIron để đặt cuộn dây vào bản vẽ. Trước khi đặt ấn Tab và thay kí hiệu L? bằng L1 tại khung Designator của hộp thoại ComponentProperties. Nhấn OK và Đặt cuộn dây tại vị trí thích hợp trên bản vẽ. Nhấn ESC để thóat chế độ lấy cuộn dây. Như vậy là chỉ còn 2 chân cắm cho linh kiện nguồn 220V và động cơ. Chân cắm này không nằm trong thư viện Miscellaneous Devices.IntLib mà nằm trong thư viện MiscellaneousConectors.IntLib do đó ta cần thêm thư viện này vào bằng cách từ menu Libraries nhấp vào nút Libraries, cửa sổ Avaiable Libraries xuất hiện trong đó báo cho ta biết các thư viện đã có là: MiscellaneousDevices.IntLib, nhấn vào nút Install để thêm thư viện. Cửa sổ Open hiện ra, kéo chuột xuống cuối và chọn thư viện MiscellaneousConnectors.IntLib: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 154 (Các thư viện này thường nằm trong đường dẫn: C:\ProgramFiles \AltiumDesigner6\Library). Sau đó nhấn Open để thêm thư Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 155 Trở về menu Libraries, lúc này thư viện hiện tại là MiscellaneousConnectors.IntLib, gõ Header2 vào khung tên linh kiện. Ấn Place Header 2 để đặt chân cắm này vào bản vẽ. Ấn Tab để hiện hộp thoại Component Properties: thay P? ở khung Designator bằng P1, thay Header 2ở khung Comment bằng 220V và đảm bảo dấu tích ở 2 mục này là có. Nhấn OK và đặt chân cắm cho nguồn vào vị trí thích hợp. Như vậy ta còn chân cắm động cơ, trước khi đặt chân cắm này ấn Tab để hiện hộp thoại Component Properties, Tương tự thay 220V ở mục Designator bằng Động Cơ. Ấn OK và đặt chân cắm vào vị trí thích hợp trên bản vẽ. Ấn ESC để kết thúc lấy chân cắm. Để lấy công tắc 3 chấu: tại menu Librariesta nhấp vào mũi tên ở khungthư viện, các thư viện của bản vẽ ta đã cài đặt vào sẽ hiện ra, kéo chuột lên và chọn lại thư viện là MiscellaneousDevices.IntLib, tại khung tên linh kiện gõ SW-SPDT, Nhấp Place SW-SPDT, trước khi đặt linh kiện vào bản vẽ ta cũng nhấn phím Tab để đặt lại tên cho công tắc 3 chấu này bằng cách thay S? bằng S1 ở mục Designator của hộp thoại Component Properties Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 156 Như vậy là ta đã kết thúc việc lấy linh kiện. Trên màn hình làm việc lúc này các linh kiện sắp xếp như sau: Bây giờ ta tiến hành sắp xếp lại và nối dây cho mạch điện. Để di chuyển linh kiện nào ta nào ta nhấp chuột vào linh kiện đó, lúc này bao quanh linh kiện là ô vuông màu xanh, nhấn và giữ chuột trái di chuyển đến vị trí thích hợp rồi thả chuột. Để xoay linh kiện nhấp phím Space Bar (dấu cách), linh kiện sẽ xoay theo chiều kim đồng hồ một góc 90độ. Cứ như vậy sắp xếp như sơ đồ nguyên lý sao cho hợp lý nhất. Nhấp nút Save trên thanh công cụ để lưu bản vẽ (Khuyến cáo: sau mỗi bước quan trọng nên lưu ngay bản vẽ, phòng trường hợp hay mất điện như hiện nay). Dưới đây hình vẽ sắp xếp linh kiện: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 157 Bây giờ ta nối dây các linh kiện với nhau. Nhấp chuột vào biểu tượng PlaceWire trên thanh công cụ: Hoặc từ menu Place>>Wire (phím tắt P,W), lúc này ta đang ở chế độ nối dây, con trỏ chuột bây giờ hình chữ thập và có 2 “sợi tóc” chữ x, nếu di chuyển đến chân linh kiện chữ x sẽ có màu đỏ. Để nối 2 chân linh kiện với nhau, nhấp chuột vào chân thứ nhất, di chuyển đến chân thứ hai và nhấp chuột lần nữa. Để lấy mass ta nhấp vào biểu tượng GNDPower Port trên thanh công cụ, hoặc từ menu Place >>Power Port (phím tắt P,O). Sau đó nối mass với các linh kiện. Nếu trong quá trình nối dây có nối sai dây, nhấp trực tiếp vào đoạn dây đó và nhấn phím Delete trên bàn phím. Để xóa bỏ thao tác trước, nhấn Undo trên thanh công cụ, Redo tác dụng ngược lại. Để di chuyển nguyên linh kiện, nhấp chuột linh kiện đóvà kéo đến vị trí mới. Để di chuyển cả linh kiện cả dây nối, hoặc các thành phần nối liên quan đến nó, nhấn giữ chuột và nhấn giữ đồng thời phím Ctrl trên bàn phím, kéo đến vị trí mới, rồi thả chuột. Mạch sau khi nối dây hoàn chỉnh: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 158 Hình: 4. Ta thấy rằng các giá trị điện trở của R2, R3, R4, R5 không đúng như mạch đã cho, tuy ta không mô phỏng mạch nên các giá trị này không quan trọng nhưng ta có thể chỉnh lại chúng bằng cách: nhấp đúp chuột vào các giá trị đó, hộp thoại Parameter Properties xuất hiện, ta thay giá trị mặc định bằng giá trị thích hợp trong khung Value. Nhấn Save trên thanh công cụ để lưu bản vẽ. Bản vẽ hoàn chỉnh như sau: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 159 Như vậy là kết thúc việc vẽ sơ đồ nguyên lý. Chuyển sang phần sau để chuyển từ sơ đồ nguyên lý này sang mạch in. 1.4. Soạn thảo sơ đồ mạch in Bây giờ ta chuyển sang giai đoạn thiết kế mạch in của Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ mà ta đã vẽ ở phần trước. Quay lại bản vẽ nguyên lý Nguyenly1.SchDoc để xem lại các chân cắm mặc định cho các linh kiện, có thể thấy rằng AltiumDesigner cung cấp khả năng linh hoạt chuyển qua lại giữa các bản vẽ, các loại tài liệu khác nhau trong một chương trình duy nhất. Tại bản vẽ nguyên lý, để xem chân cắm của linh kiện nào, ta nhấp đúp vào linh kiện đó, hộp thoại ComponentsProperties sẽ xuất hiện, chẳng hạn như để xem chi tiết về linh kiện transistor Q2, nhấp đúp linh kiện này, khi đó hộp thoại ComponentsProperties: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 160 Tại khung Modelsfor Q2–2N3904, ta thấy kiểu chân cắm mặc định của linh kiện này là TO-92, ta TO-220AB, bằng cách kích đúp vào Footprint, cửa sổ PCB Model xuất hiện, tại khung PCB Library, bỏ chọn mục Use footprint from component MiscellaneousDevices.IntLib và chọn mục Any. Sau đó, tại khung Footprint model, tại mục Name, có thể gõ trực tiếp TO-220AB thay cho TO-92, hoặc nhấn nút Browseđể chọn chân cắm từ danh sách các chân cắm tại thư viện MiscellaneousDevices.IntLib: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 161 Giả sử nhấp Browse, khi đó cửa sổ Browse Libraries xuất hiện, với thư viện hiện tại vẫn là MiscellaneousDevices.IntLib, ta kéo xuống và chọn TO220AB, sau đó nhấp OK: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 162 Sau đó nhấp OK 2 lần để trở về bản vẽ. Để thay đổi chân cho transistor Q3, ta tiến hành tương tự. Nhấp đúp chuột vào tụ C1 để hiện hộp thoại ComponentProperties, tại khung ModelsforC1-Cap, mục RAD-0.3, kéo mũi tên bên cạnh xuống và chọn lại chân cho tụ C1 là VP32-3.2, sau đó nhấp OK: Tương tự thay đổi chân cho C2. Thay đổi chân cho D1, D2, D3 lại là AXIAL-0.3. Còn các chân của linh kiện khác cứ để như mặc định: chân cắm cho P1 và P2 là HDR1X2, cho L1 là AXIAL-0.9, cho điện trở là AXIAL-0.3, cho biến trở là VR5, choTriac Q1 là 369-03, cho công tắc S1 là TL36WW15050. Ta cần kiểm tra lỗi của bản vẽ. Vẫn từ môi trường vẽ mạch nguyên lý, mở Project Baitap1.PrjPCB, mở tài liệu Nguyenly1.SchDoc mà ta đã vẽ ở bài tập trước trước. Tại cửa sổ Project, bấm phải vào Baitap1.PrjPCB, tại menu hiện ra bấm chọn Compile PCB Project Baitap1.PrjPCB, (hoặc từ menu Project>>Compile PCB Project Baitap1.PrjPCB): Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 163 Xem lỗi của bản vẽ bằng cách: từ menu System ở cuối góc phải bản vẽ, chọn Messages. Ta thấy rằng bản vẽ không có lỗi nên hộp thoại báo lỗi không có gì nên ta có thể chuyển sang mạch in được. Để chuyển sang mạch in, từ cửa sổ quản lý Workspace Panel bên trái, nhấp vào Tab Files, nhấp chọn PCB Board Wizard tại menu Newfromtemplate: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 164 Cửa sổ hiện ra bấm Next. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 165 Cửa sổ tiếp theo, ta chọn đơn vị đo độ dài cho bo mạch. Có 2 lựa chọn là: Imperial và Metric: trong đó ta cần chú ý, nếu chọn Imperial thì đơn vị đo là mil, 1000mil = 2.57cm, đây là đơn vị hay dùng trong thiết kế mạch (các khoảng cách chân của linh kiện thường là bội ước của 100mil). Còn nếu chọn Metric thì đơn vị dùng là milimet. Ở đây chọn theo Imperial. Sau đó nhấn Next: Cửa sổ tiếp theo ta chọn 1 bo mạch mẫu có sẵn, cứ để như mặc định rồi bấm Next: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 166 Cửa sổ tiếp theo cung cấp thông tin cụ thể về bo mạch: chọn Outline shape là Rectangular (bo hình chữ nhật), BoardSize lần lượt nhập lại là 3000mil và 3000mil (độ dài rộng của bo mạch). Sau đó nhấn Next. Cửa sổ tiếp theo chọn mạch in mấy mặt, mặc định để 2 mặt, rồi nhấn Next: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 167 Cửa sổ tiếp theo chọn kiểu chân, ta cũng để như mặc định rồi nhấn Next: Cửa sổ tiếp để như mặc định rồi nhấn Next: Cửa sổ tiếp theo, ta có thể chọn: 1.MinimumTrackSize: Độ rộngnhỏ nhấtcủa đường mạch in. Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 168 2.MinimumVia Size: Đuờng kính nhỏ nhấtcủa lỗ cắm ngoài linh kiện. 3.MinimumVia Holesize: Đường kính nhỏ nhất lỗ cắm trong linh kiện. Ta có thể để như mặc định hoặc chọn lại. Sau đó nhấn Next: Cửa sổ tiếp theo chọn Finish: Như vậy là ta đã chuyển sang môi trường vẽ mạch in: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 169 Một bản vẽ dạng mạch in có tên PCB1.PcbDoc xuất hiện ở cửa sổ quản lý các bản vẽ. Ta thấy rằng bản vẽ này chưa nằm trong ProjectBaitap1.PrjPCB, mà nằm dưới dạngFree Documents. Do vậy ta cần chuyển bản vẽ này vào project Baitap1.PrjPCB bằng cách, tại cửa sổ quản lý, kéo và thả (nhấp và giữ chuột rồi di chuyển) tên bản vẽ PCB1.PcbDoc ở mục Free Documents lên project Baitap1.PrjPC B. Mục FreeDocument s mất đi, bản vẽ PCB1.PcbDoc đã được add vào project Baitap1.PrjPC B, nhấn nút Save trên thanh công cụ để lưu Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 170 lại (hoặc từ menu File, chọn Save All). Lúc này màn hình làm việc có dạng như sau: Bây giờ ta có thể lưu bản vẽ này với tên khác bằng cách: tại cửa quản lý project, nhấp chuột phải vào tên bản vẽ PCB1.PcbDoc, tại menu xuất hiện chọn Save As, như hình dưới: Sau đó chọn nơi lưu bản vẽ và đặt tên mới cho bản vẽ tại mục File name, sau đó nhấn Save. Ở đây, đặt tên là Mach_in1.PcbDoc Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 171 Nhấn phím Page up để phóng to bản vẽ, kéo mạch in đến vị trí đường màu đỏ: Nhấp chuột vào đường màu đỏ này, con trỏ chuột đến khi nào thành hình mũi tên 4 hướng, kéo đường này ra hết bo mạch màu đen. Làm tương tự với cả 3 đường còn lại, bo mạch được bao vừa đủ bởi 4 đường này: Cả 4 góc bo mạch như hình bên trên là được. Chuyển từ mạch nguyên lý Nguyenly1.SchDoc sang mạch in Mach_in1.PcbDoc bằng cách, ta trở lại bản vẽ Nguyenly1.SchDoc, từ menu Design >> Update PCB Document Mach_in1.PcbDoc: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 172 Hộp thoại EngeneeringChange Order xuất hiện, xác nhận yêu cầu chuyển các đường, các linh kiện ở mạch nguyên lý sang mạch in, nhấn vào nút Validate Changes, nếu không có lỗi gì thì ở cột Check sẽ là các dấu màu xanh: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 173 Nhấn tiếp nút Execute Changes, tất cả các dấu tích bên cột Done có màu xanh tương tự cột Check là được. Sau đó đóng hộp thoại này lại. Chuyển sang bản vẽ mạch in Mach_in1.PcbDoc, lúc này các chân cắm cho tất cả các linh kiện đã xuất hiện, nằm bên ngoài bo mạch màu đen: Do Altiumdesigner hỗ trợ môi trường làm việc thông minh, có thể chuyển qua lại giữa các bản vẽ một cách linh hoạt, ta có thể thấy ở thẻ tài liệu phía trên có 2 bản vẽ được liệt kê: Nguyenly1.SchDoc và Mach_in1.PcbDoc: . Ta có thể xem2 bản vẽ cùng lúc bằng cách nhấp chuột phải vào thẻ tài liệu trên, menu hiện ra chọn Split Vertical: các tài liệu cùng xuất hiện từ trái sang phải theo chiều ngang, còn nếu chọn Split Horizontal: các tài liệu cùng xuất hiên từ trên xuống dưới theo chiều dọc: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 174 Sau khi chọn Split Vertical, ta sẽ thấy 2 bản vẽ cùng lúc: Chuyển sang bản vẽ Mach_in1.PcbDoc, ta cần thiết lập lại lưới Snapgrid cho phù hợp: từ menu Design>>Board Options để mở hộp thoại BoardOption, (phím tắt D,O) Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 175 Ở mục SnapGrid và ComponentGrid ta lần lượt kéo xuống và chọn 25mil ở khung X và Y. Sau đó nhấp OK. Chọn số lớp mạch in: Từ menu Design >> Layer StackManager (phímtắtD,K) để hiện hộp thoại LayerStack Manager: Theo mặc định sẽ có 4 lớp, ta cần xóa đi 2 lớp giữa, để mạch in của ta chỉ còn 2 mặt: 1 mặt cắm linh kiện và 1 mặt đi dây. Nhấp chuột vào InternalPlane 1 (NoNet), nhấn nút Delete ở góc phải để xóa lớp này đi. Tương tự, nhấp vào InternalPlane 2 (NoNet), nhấn nút Deleteđể xóa lớp này. Chỉ còn lại 2 lớp là TopLayer và BootomLayer. Sau đó nhấp OK. Bây giờ ta kéo tất cả các linh kiện này vào bo mạch màu đen, và tiến hành sắp xếp. Để kéo chân linh kiện nào ta nhấp vào chân linh kiện đó, chân này lập tức có màu trắng bạc, trỏ chuột vào chân thấy nó biến thành hình mũi tên 4 hướng, kéo chân linh kiện vào bo mạch màu đen. Hoặc ta có thể chọn linh kiện, nhóm nhiều linh kiện từ bản vẽ nguyên lý bằng cách: chuyển sang bản vẽ Nguyenly1.SchDoc, nhấp chọn linh kiện hoặc Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 176 nhóm nhiều linh kiện mà ta muốn chọn (thường dùng lựa chọn nhiều linh kiện khi ta muốn xếp các linh kiện thày 1 khối chung) để chọn nhiều linh kiện: nhấp chuột trái và giữ đồng thời phím Shift. Sau khi chọn linh kiện xong, vào menu Tools>>Select PCBComponent, (phím tắt T,S). Giả sử ta định xếp tất cả điện trở vào 1 nhóm, ta chọn linh kiện từ R1 đến R5, sau đó ta vào menu như trên đã hướng dẫn: Lúc này AltiumDesigner sẽ tự động chuyển sang môi trường vẽ mạch in Mach_in1.PcbDoc, các chân cắm tương ứng cho R1 đến R5 đã được chọn, chuyển sang màu bạc, ta kéo nhóm linh kiện này vào bo mạch: Sau khi kéo vào bo mạch xong, ta thấy khoảng cách giữa chúng khá xa nhau, ta cần sắp xếp lại, nhấp chuột ra chỗ khác, nhấp chuột từng Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 177 linh kiện và kéo chung lại gần nhau với khoảng cách hợp lý. Sau đó, chọn 5 chân cắm này bằng cach giữ đồng thời phím Shift và nhấp chuột trái vào 5 chân cắm này, hoặc dùng chuột khoanh chọn trực tiếp 5 chân cắm này. Sau đó nhấp công cụ Alignment Tools trên thanh công cụ vẽ mạch, rồi chọn MakeHorizontalSpacingof ComponentsEqual, (phím tắt Ctrl+Shift+H), các chân cắm từ R1 đến R5 sẽ được dãn cách đều chiều ngang, nhấp chọn tiếp công cụ này lần nữa và chọn Align Component byTop Edges, (phím tắt Ctrl+Shift+T), các chân linh kiện này sẽ được sắp thẳng hàng trên: Kết quả sau khi thực hiện, R1 đến R5 đã được sắp thẳng hàng và dãn cách đều: Sắp xếp các linh kiện khác theo vị trí thích hợp. Muốn xoay linh kiện trong khi giữ và kéo chân linh kiện nhấn phím SpaceBar trên bàn phím, chân cắm sẽ xoay ngược chiều kim đồng hồ một góc 90độ. Hình bo mạch sau khi sắp xếp chân cắm linh kiện hoàn chỉnh: Nhấn nút Save để lưu bản vẽ. Để chọn độ dày đường mạch in và các thiết lập khác, vào menu Design > Rules (phím tắt D,R) để hiện hộp thoại PCBRules and ConstraintsEditor: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 178 Chọn DesignRules, chọn tiếp Routing>>Width>>Width, bên phía phải, tại khung Constraints lần lượt điền 20mil vào các mục Min Width, PreferredWidth, MaxWidth, rồi nhấn Apply. Tiếp theo, chuyển sang mục Electrical>>Clearance >>Clearance: bên phía phải, khung Constraints, mục Minimum Clearance nhập lại giá trị 20mil vào: Sau đó nhấp Apply. Chuyển sang mục RoutingLayers>>RoutingLayers, ở phía bên phải, mục Constraints, ta thấy có tuỳ chọn Enable Layers: tùy chọn Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 179 những lớp mạch in, do ta đã thiết lập mạch in 2 mặt, nên sẽ thấy có 2 lớp: Toplayer và Bottomlayer, lớpToplayer ta sẽ chỉ dùng để cắm linh kiện, và sẽ cho đi dây ở mặt dưới, nên ta bỏ chọn ở cột Allow Routingđ ối với Top Layer: Chuyển sang mục Routing>>RoutingViasStyle >>RoutingVias, bên phía phải, khung Constrants, mục ViaDiameter, nhập lại 70mil, 70mil, 70mil lần luợt vào giá trị Minimum, Maximum, Preferred.Mục ViaHole Size, nhập lại cả 3 giá trị là 30mil: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 180 Nhấp OK để đóng hộp thoại này lại. Ta kéo đường bao ở trên bo mạch xuống sao cho vừa đủ các chân cắm: Ta có thể cho dòng chữ mô tả mạch in đặt lên mạch in: Click chuột vào Place String trên thanh công cụ vẽ mạch, dòng chữ String xuất hiện, ấn phímTab trên bàn phím để hiện hộp thoại String: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 181 Điền dòng chữ muốn cho lên mạch vào ô Text, chọn lớp đặt dòng chữ này ở ô Layer là BottomLayer. Sau đó nhấp OK và đặt dòng chữ vào vị trí thích hợp: Bây giờ ta tiến hành cho mạch tự động chạy thành mạch in: từ menu AutoRoute >>All, (phím tắt A,A), hộp thọai SitusRoutingStragety xuất hiện, ta nhấn vào nút Rout All: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 182 Lúc này mạch sẽ tự động chạy thành mạch in: cửa sổ Massages đồng thời xuất hiện, chứa các thông tin về quá trình chạy mạch in. Khi nào mạch chạy xong sẽ có thông báo xemcó lỗi gì không: Cần chú ý vào 2 mục cuối cùng: 1. RoutingStatus: Sẽ thông báo các linh kiện có được nối đủ và đúng với nhau như bản vẽ nguyên lý không. Nếu nối đúng sẽ có thông báo là: 100% như trên hình vẽ. 2. SitusEvent: Thông báo số kết nối lỗi mà nó không tự động nối được. Như vậy là mạch của ta không có lỗi gì, mạch in sau khi tự động chạy: Để cho mạch in đẹp hơn, ta có thể tiến hành phủ các khoảng trống trên mạch. Từ menu Place>Polygon Pour (phím tắt P,G) hộp thoại PolygonPour xuất hiện: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 183 Mục Properties, ôLayer chọn là BottomLayer, mục NetOption sở ô ConnecttoNet bạn có thể chọn là Nonet, nếu muốn các đường phủ này không nối với dây nào, hoặc chọn GND nếu muốn nối các đường này với mass. Sau đó nhấp OK. Sau đó nhấp vào 4 góc bo mạch: 4 điểm đánh dấu bằng mũi tên hình dưới: Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 184 Sau đó nhấp ESC. Ta sẽ thấy mạch in của ta được phủ đất: Ta thấy rằng tên của các linh kiện như R1, R2 xuất hiện trong bản vẽ trông rất rối. Ta có thể cho Nn các tên linh kiện này đi bằng cách: click vào tên 1 linh kiện bất kì trong bản vẽ, chẳng hạn như tên R1, sau đó nhấp chuột phải, menu hiện ra chọn FindSimilarObjects. Cửa sổ FindSimilarObjects xuất hiện, tạm dịch là tìm kiếm những đối tượng giống nhau: Tại mục Object Specific, khung String Type bạn sẽ thấy dòng chữ Designator (tên linh kiện), bạn hãy nhấp chuột trái vào ô có chữ Any, kéo mũi tên xuống và chọn lại là Same, tức là ta sẽ tìm kiếm tất cả tên linh kiện trong bản vẽ, nhấp OK. Cửa sổ PCB Inspector xuất hiện, và báo cho ta rằng có 18 đối tượng này trong bản vẽ, kéo rộng cửa sổ này ra và đánh dấu tích vào ô Hide, rồi đóng cửa sổ này lại. Tất cả tên của các linh kiện này đã được Any đi. Sau đó nhấn nút Clear ở góc phải phía dưới màn hình để trở về chế độ Giáo trình: Điện tử nâng cao Trường Cao đẳng nghề Yên Bái –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 185 bình thường: 1.5. Xử lý lỗi a. Hiển thị thanh cửa sổProjects B1: Nhấp vào biểu tượng Systems dưới góc phải, xuất hiện màn hình như sau. B2: Chọn Projects b. Hiển thị thanh cửa sổ thư viện Libraries B1: Nhấp vào biểu tượng Systemsdưới góc phải, xuất hiện màn hình như sau. B2: Chọn Libraries 1.6. Tạo thư viện Tạo