ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Τεχνική Σχεδίαση

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Τεχνική Σχεδίαση Ενότητα: ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΙΧΝΟΥΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΙΧΝΟΥΣ ΠΥΚΝΩΤΗ ΙΧΝΟΥΣ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΓΚΑΝΕΤΣΟΣ Τμήμα Μηχ. Αυτοματισμού ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

3 1. Σκοποί ενότητας Περιεχόμενα ενότητας Δημιουργία Ίχνους Αντίστασης 0,25W Δημιουργία Ίχνους Πυκνωτή και PinPad Δημιουργία Ίχνους Τρανζίστορ 2Ν2219Α... 16

4 1. Σκοποί ενότητας Παρέχει βασικές γνώσεις εκκίνησης και λειτουργίας του λογισμικού Orcad Layout του εργαστηρίου (τεχνική σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων). Παρέχει βασικές γνώσεις για την σχεδίαση - δημιουργία ίχνους αντίστασης πυκνωτή και τρανζίστορ ηλεκτρονικού κυκλώματος. 2. Περιεχόμενα ενότητας Εισαγωγή στη σχεδίαση ίχνους αντίστασης. Σχεδίαση ίχνους πυκνωτή. Σχεδίαση ίχνους τρανζίστορ.

5 3. Δημιουργία Ίχνους Αντίστασης 0,25W Τα βήματα τα οποία περιγράφονται αφορούν την δημιουργία του ίχνους (footprint) (δηλ. των αποστάσεων των ακροδεκτών και του σχηματικού συμβολισμού) ενός εξαρτήματος το οποίο δεν περιλαμβάνεται στις άμεσα διαθέσιμες βιβλιοθήκες του προγράμματος. Για την δημιουργία ενός νέου Footprint επιλέγουμε: Έναρξη Όλα τα προγράμματα Orcad Layout Ανοίγοντας το Layout επιλέγουµε : Tools Library Manager Create New Footprint Εμφανίζεται η ακόλουθη οθόνη: Στην συγκεκριµένη εργασία θα δηµιουργήσουµε το footprint για µια αντίσταση µέγιστης ισχύος 1/4W. Συνεπώς στο παραπάνω παράθυρο δηλώνουµε το όνοµα του footprint που θέλουµε να δηµιουργήσουµε (π.χ. R 1/4W) το οποίο πρέπει να είναι µε αγγλικούς χαρακτήρες και µε µοναδική ονοµασία (ώστε το πρόγραµµα να µπορέσει να κάνει την αντιστοίχιση αυτόµατα) και χαρακτηριστικό (για εύκολη αποµνηµόνευση και αναζήτηση). Σε αυτό το παράθυρο δηλώνουµε επίσης την µ ονάδα µέτρησης που θα εργαστούµε, Αγγλικό-English (inches) ή Μετρικό-Metric (mm). Στην περίπτωσή µας θα επιλέξουµε Units English. Σκοπός αυτού είναι να µάθουµε τον τρόπο εναλλαγής µεταξύ των µονάδων µέσα από το πρόγραµµα που θα δούµε παρακάτω. Έχοντας συµπληρώσει τα παραπάνω πεδία επιλέγουµε OK για την ολοκλήρωση της διαδικασίας, οπότε εµφανίζεται το παράθυρο στο οποίο θα σχεδιάσουµε το Footprint.

6 Στο παράθυρο εργασίας µας βλέπουµε τοποθετηµένα: 1. Μια οπή (pin, γαλάζιος κύκλος) 2. Την ονοµασία του Footprint που έχουµε δηλώσει (R 1/4W) 3. Την εµφάνιση των &Comp, &Value, &Pack (κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία θα αντιστοιχίσουν και θα εµφανίσουν τις ανάλογες τιµές στις οποίες αναφέρονται από το θεωρητικό (Capture) στο PCB (Layout)) Σηµείωση: Μπορούµε κατά την προσωπική µας γνώµη να διαγράψουµε ή να διατηρήσουµε (ανάλογα µε τις πληροφορίες που χρειαζόµαστε) κάποια από τα παραπάνω. Αυτό γίνεται διότι κατά την αντιστοίχιση των Footprint στο Layout κάθε ένα θα συνοδεύεται από τις πληροφορίες αυτές και µπορεί να προκύψει ένα τυπωµένο δυσανάγνωστο, που διάφορες ονοµασίες θα αλληλεπικαλύπτονται. Προτείνουµε να διατηρήσετε την ονοµασία του Footprint (R 1/4W) που δίνει την πληροφορία για το είδος του εξαρτήµατος και το &Comp το οποίο µας δίνει την ονοµασία του εξαρτήµατος στο θεωρητικό κύκλωµα (π.χ. αν χρησιµοποιήσουµε περισσότερες από µια αντιστάσεις 1/4W να γνωρίζουµε ποια είναι η κάθε µια R1, R2 Rn). Προσοχή µην χρησιµοποιείτε λιγότερα από αυτά που σας είναι απαραίτητα για την αναγνώριση του κάθε εξαρτήµατος. Για να επιλέξουµε κάποιο κείµενο (για διαγραφή, µετακίνηση κ.α.) επιλέγουµε: Tool Text Select Tool ή Για να διαµορφώσουµε την εµφάνιση της γραµµατοσειράς µε εξί κλίκ στο κείµενο επιλέγουµε Properties µεταβάλλοντας τα Line Width και Text Height. Για να γράψουµε κάποιο κείµενο (π.χ. σηµείωση) επιλέγουµε: Tool Text New Για να τερµατίσουµε την διαδικασία εξί κλίκ End Command Μπορούµε να περιπλανηθούµε στο χώρο εργασίας και µετακινώντας το παράθυρο προς κάποια κατεύθυνση Σε αυτό το σηµείο διαγράψτε τα: &Value, &Pack και µετακινήστε την ονοµασία R 1/4W, όπως φαίνεται παρακάτω:

7 Έπειτα επιλέγουµε Options System Settings και στο παράθυρο που εµφανίζεται, δηλώνουµε τη µονάδα µέτρησης (mm). Μειώνουµε τις τιµές όπως φαίνεται παρακάτω για µεγαλύτερη ακρίβεια στις µετακινήσεις των οπών και την µέτρηση των αποστάσεων. (Οι τιµές είναι ενδεικτικές και µπορείτε να πειραµατιστείτε στο σπίτι µε τις µεταβολές τους, επίσης το Routing grid (πλέγµα δροµολόγησης) δεν θα µας απασχολήσει σε αυτή την άσκηση και µπορεί να µείνει αµετάβλητο) Επιλέγοντας OK αποθηκεύονται οι ρυθµίσεις. Σε αυτό το σηµείο για να προχωρήσουµε στην σχεδίαση του Footprint πρέπει να γνωρίζουµε τις φυσικές διαστάσεις του εξαρτήµατος όπως επίσης και τους κανόνες τοποθέτησής του. Για τις διαστάσεις µπορούµε να ανατρέξουµε στο φυλλάδιο δεδοµένων (Datasheet) του εξαρτήµατος το οποίο συνήθως είναι διαθέσιµο στην διαδικτυακή τοποθεσία της κατασκευάστριας εταιρίας. Τα datasheet είναι έγγραφα (συνήθως σε µορφή Acrobat µε κατάληξη.pdf) που περιέχουν πληροφορίες για το κάθε εξάρτηµα. Πληροφορίες και γραφήµατα για τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους δεν θα µας απασχολήσουν στο συγκεκριµένο µάθηµα, παρά µόνο πληροφορίες για τον τύπο συσκευασίας (Through hole ή SMD) και τις διαστάσεις τους.

8 Παράδειγµα πληροφοριών από Datasheet εξαρτήµατος Αρχικά επιλέγουµε να δηµιουργήσουµε το περίγραµµα του εξαρτήµατος χρησιµοποιώντας τις διαστάσεις L και D του παραπάνω πίνακα. Στην επιφάνεια που εργαζόµαστε υπάρχει ένα σηµείο µε συντεταγµένες [0.00, 0.00] και συµβολίζεται µε τον σταυρό που στο κέντρο του έχει έναν κύκλο και µέσα σε αυτόν ένα αστέρι-πολύγωνο (βλέπε επόµενο σχήµα). Οι αποστάσεις του κέρσορα (σταυρός) από αυτό το σηµείο εµφανίζονται στο πλαίσιο κάτω αριστερά στην εικόνα. Στην συγκεκριµένη εικόνα ο κέρσορας απέχει 1.40mm δεξιά και 0.40mm επάνω. Από αυτό το σηµείο θα ξεκινήσουµε να σχεδιάσουµε το περίγραµµα του εξαρτήµατος, επιλέγοντας Tool Obstacle Select Tool ή Για την διαµόρφωση του περιγράµµατος (Layer και πάχος) επιλέγετε δεξί κλίκ και Properties (ίσως πρώτα να χρειαστεί να επιλέξετε New)

9 Τοποθετήστε τον κέρσορα στις συντεταγµένες [0.00, 0.00], πατήστε µια φορά το αριστερό πλήκτρο του ποντικιού και µετακινήστε τον κέρσορα δεξιά στις συντεταγµένες [6.39, 0.00] για την πλευρά της αντίστασης µε µήκος L και πατήστε ξανά το αριστερό πλήκτρο. Κινηθείτε προς τα επάνω στις συντεταγµένες [6.39, 2.40] για την πλευρά µήκους D. Συνεχίστε τον σχεδιασµό µέχρι να ολοκληρωθεί το περίγραµµα (συµπεριλάβατε και την θέση των ακροδεκτών της αντίστασης). ιαµορφώστε το µέγεθος της γραµµατοσειράς µεταβάλλοντας τα Line Width και Text Height (πχ. 0.15, 1.0) και τοποθετήστε τα κείµενα στο πλαίσιο (εφόσον είναι δυνατόν). Προσοχή: Τίποτε από τα παραπάνω (περίγραµµα και κείµενα) δεν πρέπει να είναι Layer TOP γιατί µπορεί να προκύψουν βραχυκυκλώµατα. Προτείνεται να χρησιµοποιήσετε το Layer ASYTOP το οποίο δεν εµφανίζεται το τελικό PCB Για δηµιουργία κύκλου µε αριστερό κλικ αρχικά και έπειτα δεξί κλικ επιλέγοντας Arc ή µε αριστερό κλικ και πατώντας το πλήκτρο Α

10 Σε αυτό το σηµείο ολοκληρώθηκε η σχεδίαση του περιγράµµατος και η τοποθέτηση των απαραίτητων σηµειώσεων-κειµένων. Για την ολοκλήρωση του ίχνους απαιτείται ακόµη η σωστή τοποθέτηση των Pins. Μπορείτε να αποθηκεύσετε την µέχρι τώρα εργασία σας επιλέγοντας Save As. Στην περίπτωση µας θα δηµιουργήσουµε µια νέα βιβλιοθήκη επιλέγοντας Create New Library, δίνοντας το όνοµα pcberg.llb (η ονοµασία πρέπει να ακολουθεί τις συνήθεις συµβάσεις των Windows µε επέκταση.llb) και ελέγχοντας την τοποθεσία του φακέλου δηµιουργίας της βιβλιοθήκης: C: Program Files OrcadLite Layout_Plus Library Μπορούµε να αποθηκεύσουµε σε κάποια ήδη υπάρχουσα βιβλιοθήκη που την επιλέγουµε από το Browse ( η οποία θα πρέπει να είναι σε Units, English σύµφωνα µε αυτά που αναφέρονται στην αρχή). Τοποθέτηση-τροποποίηση των PIN Για να επιλέξουµε, διαγράψουµε, τροποποιήσουµε ή να δηµιουργήσουµε ένα ακροδέκτη (pin) και τις διαστάσεις της αντίστοιχης οπής (hole). Επιλέγουµε Tool Pin Select Tool ή Με αριστερό κλικ στην υπάρχουσα οπή την επιλέγουµε και µε δεξί κλικ έπειτα επάνω της, µπορούµε να την τροποποιήσουµε επιλέγοντας Properties Εµφανίζεται το παρακάτω παράθυρο, όπου µπορούµε να κάνουµε τις τροποποιήσεις που επιθυµούµε όπως επιλογή µορφής-διαστάσεων, όνοµα κ.α.

11 Στο πεδίο Padstack Name µπορούµε να επιλέξουµε ένα από τα έτοιµα pin εάν µας εξυπηρετεί κάποιο από αυτά. Για παράδειγµα ένα κυκλικό pin µε διάµετρο περίπου 2,3 mm έχει την ονοµασία 90R70 Η ονοµασία 90R70 δηλώνει το µέγεθος και το σχήµα του ακροδέκτη: έχει εξωτερική διάµετρο (χαλκού) 90 mils, είναι κυκλικό (R) και εσωτερική διάµετρο (οπής) 70 mils. Σηµείωση: 100 mils αντιστοιχούν σε 2,54mm Στην συγκεκριµένη άσκηση επιλέξτε το Padstack µε ονοµασία Τ1 (προεπιλογή). Για να δείτε τις διαστάσεις του προεπιλεγµένου Padstack επιλέξτε: View Database Spreadsheets Padstacks Τα X Offset, Y Offset που δεν περιλαµβάνονται στον πίνακα δεν θα µας απασχολήσουν και τα αφήνουµε αµετάβλητα. Για πλακέτα µονής όψης µας ενδιαφέρει το Layer Top, Drill και το Drldwg. 1 8

12 Το Padstack T1 είναι κυκλικό (Βλέπε σειρά TOP, στήλη Pad Shape), έχει διάµετρο χαλκού 1.57mm (Βλέπε σειρά TOP, στήλες Pad Width και Height) και διάµετρο οπής 0.97mm (Βλέπε σειρές Drill και Drldwg, στήλες Pad Width και Height). Στην αντίσταση 1/4W ο ακροδέκτης έχει πάχος 0,6mm συνεπώς αυτή πρέπει να είναι και η διάµετρος της οπής. Εάν αφήσου µε το περιθώριο του χαλκού στα 1.57mm, σηµαίνει πως ο χαλκός γύρω από την οπή θα έχει πάχος ( )/2 = 0.485mm. Ο αριθµός αυτός θα εξυπηρετούσε µόνο εφόσον είχα µε περιορισµό στο µέγεθος της πλακέτας, συνεπώς και στο µέγεθος των pin. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα θα επιλέξουµε το πάχος του χαλκού περιµετρικά της οπής να είναι 0.8mm άρα η διάµετρος του χαλκού 0.8*2+0.6 = 2.2mm. Έχοντας µεγαλύτερο πάχος χαλκού η κόλληση των εξαρτηµάτων από άτοµα µε ελάχιστη ή µηδενική εµπειρία είναι πιο εύκολη και πιο επιτυχής. Με βάση τα παραπάνω µεταβάλλουµε ανάλογα τον παρακάτω πίνακα: Για να δηµιουργήσουµε µια νέα οπή (Pin Tool ενεργοποιηµένο), µε δεξί κλικ σε οποιοδήποτε σηµείο της οθόνης επιλέγουµε New. Στη νέα αυτή οπή επαναλαµβάνουµε την παραπάνω διαδικασία για να επιλέξουµε το ίδιο µέγεθος. Σηµείωση: Μπορούµε να επιλέξουµε και Copy Paste της οπής µε δεξί κλικ. Στο Datasheet του συγκεκριµένου εξαρτήµατος δεν καθορίζεται αυστηρά η απόσταση µεταξύ των pin. Τοποθετήστε τα pin στις άκρες του εξαρτήµατος έχοντας αφήσει τον απαραίτητο χώρο για να λυγίσουν οι ακροδέκτες του και να τοποθετηθούν στο κέντρο των pin.

13 Dimension Tool Για να µετρήσουµε τις διαµέτρους των οπών, την απόσταση που θα τις τοποθετήσουµε µεταξύ τους και όποια άλλη διάσταση µας ενδιαφέρει, επιλέγουµε Tool Dimension Select Tool Για να διαµορφώσουµε την εµφάνιση της γραµµατοσειράς του χάρακα µε εξί κλίκ επιλέγουµε Properties µεταβάλλοντας τα Line Width και Text Height. Για να διαγράψουµε κάποια µέτρηση (έχοντας επιλεγµένο το εργαλείο Dimension) µε δεξί κλικ σε κάποιο σηµείο της επιλέγουµε Delete. Επαληθέψατε τις διαστάσεις του ίχνους µετρώντας τις αποστάσεις µε το παραπάνω εργαλείο. Στο παρακάτω σχήµα έχουν διαµορφωθεί και οι γραµµατοσειρές των κειµένων και του χάρακα µε Line Width = 0.1 και Text Height = 1.0 Αφού γίνει η επαλήθευση σβήνουµε όλα τα στοιχεία του χάρακα και επανερχόµαστε την προηγούµενη µορφή του ίχνους η οποία είναι και η τελική του µορφή. Έχοντας ολοκληρώσει τον σχεδιασµό, επιλέγουµε Save για να αποθηκεύσουµε την τελική µορφή του footprint. Έπειτα µε εκτύπωση µέσω του προγράµµατος θα δούµε τις πραγµατικές διαστάσεις του footprint και θα ελέγξουµε την ορθότητα τους. Για εκτύπωση επιλέξτε File Print/Plot Επιλέξτε τα Keep Drill Holes Open και Force Black & White.

14 4. Δημιουργία Ίχνους Πυκνωτή και PinPad Χρησιµοποιώντας τις πληροφορίες που σας δίνονται στα παρακάτω αποσπάσµατα datasheet, σχεδιάστε το ίχνος που θα χρησιµοποιηθεί για τους πυκνωτές C1 (47µF, 63V), C2 (22µF, 63V) και C3 (33µF, 63V).

15 Έχοντας ολοκληρώσει τη σχεδίαση του ίχνους των πυκνωτών, σχεδιάστε ίχνος για Pinpad στο οποίο πρόκειται να τοποθετηθεί µονόκλωνο καλώδιο συνδεσµολογίας πάχους 0,8mm. Στις εικόνες που ακολουθούν βλέπετε πιθανές τελικές απεικονίσεις των ζητούµενων ιχνών: Footprint πυκνωτή Footprint Pinpad 15

16 5. Δημιουργία Ίχνους Τρανζίστορ 2Ν2219Α Χρησιµοποιώντας τις πληροφορίες που σας δίνονται στα παρακάτω αποσπάσµατα datasheet, σχεδιάστε το ίχνος που θα χρησιµοποιηθεί για το τρανζίστορ 2N2219A. 16