I. Célok Gyakorlás : Kapcsolási rajz és NYÁK terv Ha végigviszed ezt a gyakorlatot képes leszel önállóan : A) Felépíteni egy elektronikai áramkör kapcsolást az ExpressSCH szoftverrel. B) Megtervezni egy nyomtatott áramköri panelt (PCB) felhesználva az ExpressPCB szoftvercsomagot. II. Bemutatás Az elektronikus áramkörök felépítésének a módja folyamatosan változik, mivel az áramköri összetev k és azok alkalmazása is egyre összetettebbé válnak.a "nyomtatott áramköri panel" használatának az ötlete, sok évvel ezel tt volt kifejlesztve, mint egy eljárás az áramkörök megismétlésére, több másolat készítése adott áramköri konstrukcióról. Áramkör összeszereléskor nyomtatott áramköri panelek vannak általánosan használva, egy automatizált folyamatban, míg ellenben a nyomtatott áramköri panel feltalálását megel en egy áramkör minden másolatát kézzel kellett összeszerelni. A mai elektronikai termékekben, egy-és kétoldalas panelekt l az összetett többréteg panelek vannak a nagysebesség számítógépes készülékekben. Több áramköri panel, olyanok pl. mint a mobiltelefonoknál, még lehetnek flexibilisek, nem merevek, igy azok alakíthatók, el nyösen illeszkednek a végtermékhez. Nemcsak maguk az áramköri panelek változnak,hanem az alkatrészek tokozási formái is megváltoztak szemmel láthatóan az évek alatt. Amint a méretük és összetettségük n tt az integrált áramköröknek, a teljesítmény disszipáció fontos fejezetté vált a panel összeszerelésénél, a megkívánt érintkezés számok csatlakoztatása az alkatrészekhez.a korai alkatrészeknél a tokozás a leginkább közös közösen használt ún. átmen furatú típus volt, olyan mint a DIP, Vagyis Dual In Line Package /Kett s Sorban Tokozás/, és a TO 92 és TO 220 (lásd 1.ábra), ahol is a lábak átmentek az áramköri panel furatain. DIP lábak száma általában nem lépte túl a 40-t. Tény, amikor az els mikroprocesszort feltalálták, a gyártó Intel korlátozta a csip-ek lábszámát, kevesebb legyen 20-nál, úgy gondolván, hogy nagyobb lábszámú tokozás nem lenne kezelhet! A DIP aztán végül is egyre kevesebbszer lett használva. Az kicserél dött az ún. surface mount - felületi szerelés tokozásra, amelyik nem igényel semmilyen furatot a panelre feler sítéshez, és több formájában a lábszám jelent s növelését lehet vé teszi. Ezek óvatosan vannak elhelyezve (gépekkel, vagy robotokkal) az áramköri panelre és helyben forrasztva. A SOP (Small Outline Package),a PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) és a BGA (Ball Grid Array) példák a ma használatos tokozási szabványokra. Ezek mind felületi szerelésre való kialakítások.pl. BGA: golyó rács sorozat. 1.ábra. Példa integrált áramkörök tokozására. A feladat az, hogy a rajzról áttegyünk egy áramkört a termelésbe, hogy végül egy jó panel jöjjön ki. A panel oly módon legyen elrendezve, hogy tegye lehet vé a könny szerelést( néha robottal) és a helyes áramköri funkciót, gyakran széls séges környezeti feltételek alatt.a NYÁK panel kivitelének jelent s ráhatása van, és zavart is okozhat az áramkör teljesítményében. Sebesség és megbizhatóság szempontjából kihatása lehet egy silány panel kivitelnek.
III. Rajzkészítés Ez a gyakorlat át fog vezetni egy tápegység kapcsolási rajzának kialakításán, amely egy más áramkört lát el energiával. A kapcsolási rajzot mutatja az alábbi 2. ábra. Egyik oka, hogy létrehozzuk a kapcsolási rajz elektronikus verzióját az, hogy legyen egy elektronikus másolatunk, igy hozzájuthatunk az áramkör egy jó min ség kinyomtatásához dokumentációs célra. A másik ok az, hogy könnyebben tudunk változtatást készíteni az áramkör kapcsolásán, ha változtatási igény lenne a jöv ben. Azonban az els dleges ok ezen gyakorlat szempontjából, hogy a kapcsolási rajzot hozzákapcsoljuk /linkeljük/ a NYÁK panel rajzoló szoftverhez, oly módon, hogy az közrem ködjön a NYÁK kialakítás folyamatában, és nagyobb valószín séggel eredményezi azt, hogy a végs NYÁK panelünk az aktuális áramkör egy helyes megvalósítása-lesz. Diode bridge Voltage regulator Electrolytic (polarized) capacitor 2. ábra Tápegység kapcsolási rajz Az alábbi lépéseket követve, építsd fel e tápegység kapcsolásának mását, használva az: Express SCH-t. (Javaslat:Olvass elminden lépést teljesen, miel tt folytatod amir l ír.) : dupla kattintás az ExpressSCH ikonra, hogy megnyísd az alkalmazást. (Kellhet várnod pár mp-t az alkalmazásra, az adatbázis letölt tédésére.) ExpressSCH meg fog nyítni egy fekv rajzlapot, amelyre "rajzolni fogod" a a fenti 2. ábrához hasonló kapcsolást. : dupla kattintás a "Company Name"-ra a szövegmez ben,cseréld ki a te cégnevedre... a szöveget aztán újrapozícionáld a bal egér gombot és a kurzort használva. (Felnagyíthatod a szövegmez t használva a "Zoom in" icont ) : dupla kattintás a "Schematic Name;"-ra (rajz megnevezése) és cseréld át " Tápegység"-re. : dupla kattintás a szövegmez ben "Designer s name;" (tervez neve) -re és vidd be a nevedet; : ha szükséges, kattints a "Zoom out" ikonra és újrapozicíonáld a rajzfelületet látva most a teljes munkafelületet. : kattints a "Place a Component" (Helyezz el egy alkatrészt ) ikonra
: majd válaszd ki a "Connector 2 Pin"-t (Csatlakozó-2 lábú) a legördül listából (lásd itt a képet ). A tápegység összes alkatrészét a "Favorite Components") listában kellene találnod. : kattints a "Flip component right to left" ikonra (pattintsd át az alkatrészt jobbról balra). : kattints a munkaterületen a rajzlap bal széle felé, hogy lehelyezd (bemeneti csatlakozó). : kattints a normal orientation" ikonra (normál tájolás) ; kattints a rajzlapod jobb széle felé hogy lehelyezd,mint kimeneti csatlakozót.(megjegyzés: sem a bemeneti csatlakozó, sem a kimeneti csatlakozó nincs ábrázolva a 2. ábra szerinti kapcsolási rajzon. : válaszd ki a "Semiconductor Diode bridge" (félvezet -diódahíd) az alkatrész adatbázisból; kattints a rajzlapodra, jobbra a bemeneti csatlakozótól, hogy lehelyezd a diódahidat. (Ez a diódahíd mint teljes hullámú egyenirányító ismert.) : válaszd ki "IC National LM7805 Regulator"-t (LM7805-feszültségszabályozó-t) az alkatrész adatbázisból; kattints a munkaterületedre kb. félúton a diódahíd és a kimeneti csatlakozó között, hogy elhelyezd az alkatrész egy másolatát. : válaszd "Passive Capacitor polarized" (passzív-polarizált kondenzátor) az adatbázisból. Helyezd le a diódahíd és feszültségszabályozó közé. : válaszd "Passive Capacitor;" (passzív-kondenzátor) helyezd el a feszültségszabályozó és kimeneti csatlakozó közé. : kattints : dupla kattintás a bemeneti csatlakozóra és váltsd át annak ID-jét "J1"-re. (amikor kijelölsz egy alkatrészt, a rajzának egy részét kell megérintened, nem benne egy holt teret) : dupla kattintás a dióda hídra, és váltsd át annak alkatrész ID-jét "U1"-re. : dupla kattintás a baloldalon a legnagyobb (polarizált vagy "electrolit") kondenzátorra és váltsd az ID-t "C1"-re és nevezd el "47 uf"-nek. /Megj.: part ID=alkatrész azonosító/ : dupla kattintás a másik kondenzátorra (LM7805-t l jobbra ); váltsd az ID-t "C2"-re és adj neki "1 uf" értéket. : dupla kattintás az LM7805 re és váltsd az ID-jét "U2"-re. : dupla kattintás a kimeneti csatlakozóra és váltsd át az ID-t "J2"-re. megj: a szimbólumokhoz tartozó nevek és címkék mozgathatók a bal egérgombot használva a kívánt helyre húzva. : kattints a "Zoom In" ikonra a nézetet nagyítani; állíts a kijelzett helyzeten, mozgasd az alkatrészeket, ha szükséges (bal egérgomb és vonszolás), úgy, hogy mindent láss, közel legyenek egymáshoz; ez el fogja készíteni a következ lépések könnyebb végrehajtását. : Mentsd el a file-t a könyvtáradba (egy könyvtár már van nyítva számodra, amelyet ha a telepítéskor elfogadtál: C\Program Files\ExpressPCB\, ide ments pl. tapegyseg néven, és mint tapegyseg.sch jelenik meg.
: kattints "Place Wire" ra helyezz el vezetéket ikonra. : csatlakoztasd a bemeneti csatlakozó 1 lábát a diódahíd fels bemeneti lábához ( ~... nézd a 2. ábrát). (bal kattintás a kezd lábra, bal kattintás a véglábra, jobb kattintás a huzalozás befejezéséhez) : kösd a bemeneti csatlakozó 2 pontját a híd alsó bementéhez ( ~ ) (bal click, bal click, jobb click) : adj sarkokat az összeköt vezetékekhez a tisztább rajzhoz (kattints a "Insert a corner in a wire ikonra ;(helyezz egy sarkot a vezetékezésbe) kattints a vezetékre ahol meg akarod változtatni {kék pontot fogsz hagyni a vezetéken}; menj a kurzorral a kék pontra és húzd olyan formára és helyzetbe a vezetéket, amint kívánod. : köss vezetéket a híd + pontjától (egészen jobbra... lásd 2.ábra) az elko (C1) + lábára, aztán a szabályozó (U2) 1 pontjához (legbaloldalibb); majd jobbklikk, hogy abbahagyd a huzalozást. : kösd a diódahíd pontját a C1 kapacitás legalsó pontjához, aztán az LM7805 (U2) középs ( Com ) pontjához, a C2 kapacitás legalsó pontjához, és a kimeneti csatlakozó 2 lábához. (Ne felejtsd el, hogy befejezd a vezetékezést egy jobb kattintással!) : kösd az LM7805 (U2) legjobboldalibb pontját (Out) a C2 kapacitás fels pontjához, és aztán a kimeneti csatlakozó 1 lábához. : Helyezz el sarkokat, hogy csinos megjelenés vé tedd a rajzodat. : Kattints az ikonra, és ekkor a "Favorite symbols" legördül adatbázisból válaszd "Power Ground t(földel szimbólum); kattints valahol a földvezetékre (az a vezet, amelyik csatlakoztatja a hídkimenetet a C1, C2 és U2 alsó csatlakozóikhoz, és a kimeneti csatlakozó 2 lábához ), hogy elhelyezd a föld szimbólumot (lásd 2. ábra ). : Ellen rizd le a rajzodat a hibákra, válaszd a File Check schematic for netlist errors parancsot(ellen rizd le a kapcsolást összekötési hibákra).javítsd ki a hibákat ha vannak! Kérj segítséget, ha szükséges! J /No errors or warnings found-nincs hiba/ : Mentsd el a fájlt /Save file/, és szólj az oktatódnak, hogy ellen rizze le a munkádatj! : Megj.:Új rajznál (File>New) választhatsz :Letter 8,5 x11 (Portrait) álló rajzlapot is. IV. Nyomtatott áramköri panel kialakítása Most, hogy már van kapcsolási rajzod a tápegységr l, átléphetünk a NYÁK panel kialakítás feladatához. Ehhez használnunk kell az ExpressPCB szoftvert.tedd félre a kapcsolási rajzot(zárd be az ExpressSCH-t x-el), azután kövesd az alábbi lépéseket. ((Javaslat: Olvass elminden lépést teljesen, miel tt folytatod amir l ír.) : dupla kattintás az asztal képerny n lév ikon-ra hogy megnyisd az ExpressPCB-t. : válaszd File Link schematic to PCB... parancsot (válaszd ki a rajzod file-jét)... ez fogja összekötni a kapcsolási rajzodat a NYÁK terveddel, eképpen az ExpressPCB fel fogja ismerni az áramköri alkatrészek nevét és lábait.
: kattints a "Place a component" és válaszd "Connector Jack for wall transformer" a legördül alaktrészbázisból (minden alkatrész itt van :Favorite components" listában) : katt. a"place rotated right"ikonra, (Helyezd le jobbra forgatva) aztán kattints ahova a csatlakozót le kívánod tenni, kb. 2cm legyen a bal szélt l, ez a J1. (újra-elhelyezéshez kattints, aztán a bal egérgomb használatával az alkatrészt húzd a kívánt helyre) : válaszd "Semiconductor TO 220, with mounting hole", Félvezet -TO-220, feler sít furattal az adatbázisból. : kattints "Place up" ikonra (Felfelé álljon),aztán helyezd le az alkatrészt a munkaterület közepét l jobbra. Ez az LM7805 feszültségszabályozó (U2). : válaszd "Cap Radial electrolytic Lead spacing 0.2 inch"(kondenzátor-radiális-elektrolit- -Lábtávolság 0,2 coll) az adatbázisból ; helyezd el a szabályozótól balra; ez a C1 kondenzátor. (Figyelj a polaritásra, ez itt lényeges!) : válaszd "Cap Lead spacing 0.3 inch" (Kondenzátor kivezetéstávolság 0,3 coll) az adatbázisból; helyezd el jobbra a szabályozótól; (Ennek nem lényeges a beültetési iránya, mert nem polarizált kondi!) : válaszd "Connector Molex,.1 inch KK, rt ang, 3 pin" (Csatlakozó-Molex,.1coll KK, rt ang, 3 lábú az adatbázisból ; helyezd el a munkaterület jobboldali széléhez; ez a J2. Megjegyzés: itt jó lenne egy mentést végezned-célszer ugyanazt a nevet adni, mint a kapcsolásnak, esetünkben tapegyseg, a mentett file tapegyseg.pcb lesz. : válaszd"dip 6 pin" az adatbázisból; kattints a "Place rotated down" ikonra, (Helyezd lefelé forgatva) aztán helyezd le valahova közel a bemeneti csatlakozóhoz, úgy hogy a lábak a rácsozatra illeszkedjenek. (Módosítani fogjuk a 6 lábú eszközt 4 lábú Dip-re az egyenirányító chip részére.) Aztán még újrarendezz k a t kiosztást, hogy megfeleljen az aktuálisan általunk használt DF005M diódahídhoz. Jó szerencsét az újrarendezéshez!) Kezdj k: : kattints, aztán válszd ki a teljes DIP-et a bal egérgomb lenyomva tartásávál és elhúzásával, hogy kijelölöld a teljes DIP csoportosítást (test és 6 láb). : válaszd az ablak tetején lév men sorból, Component Ungroup PCB component /összetev k-nyák alkatrész csoport felbontása/(lehet vé teszi a szétdarabolást és új összeállítást) : szüntesd meg a kijelölést egy holt területre kattintva; : kattints rá (és töröld a Delete billenty vel) az 5 és 6 kivezetéseket jelz DIP köröket. (Nézd e kis jobboldali lábkiosztást.) : Tedd félre ideiglenesen a 4 láb körét; vidd a 2 kört a 6 poziciójába, aztán a 3 kört a 4 pozicíóba, és az eredeti 4 kört a 3 pozicíóba; az 1 kört hagyd a helyén. (Ez határozza meg azt a sajátos PID kiosztást,amelyik illeszkedik a DF005M alkatrészláb kiosztáshoz, ez egy 4lábú kivitel, amelyik a 6 lábún alapul,2 láb elhagyásával.) : válaszd ki az új DIP alkatrész minden elemét (kattints és húzd az egeret a kiválasztáshoz);utána Component Group to make PCB component.(csoportosíts PCB összetev létrehozásához)
: Ugyanilyen felfogásban, cseréld fel a J2 kimeneti csatlakozó 2 fels lábát, a négyzetes lábat helyezd középre. (Megj.: A J2 négyzetes lába lesz a pozitív fesz. kimenet, míg a 2 küls láb lesz a földelt.így mindegy, hogyan csatlakoztatod a tápegységet a kialakított áramkörhöz,az m ködni fog! Így semmilyen visszaható áramhurok nem alakul ki a tápegységnél.) : dupla kattintás mindegyik alkatrészre sorjában és bevinni a megfelel neveket (Part ID), a kapcsolási rajzon megadott névkijelölésnek megfelel en (a 6 db alkatrésznek balról jobbra a következ nek kell lennie: J1, U1, C1, U2, C2, J2). : kattints a "Place a trace" ikonra, ( Helyezz el egy nyomatot )aztán kattints az U2 ( LM7805) legbaloldalibb lábára, és figyeld, hogy mi történik; azok a lábak, amelyek össze vannak kötve, kék ponttal világítanak.ha nem,kérj segítséget az oktatódtólj/pl. ellen rizd a File-Link parancsot kiadtad-e?; a kritikus részeken a kapcs.rajzon töröld a vezetékezést és készítsd újra (ekkor a File-Link...parancs újra kell); ID-k azonosak-e SCH és PCB mentésen? Jobb kattintás,hogy megtiltsd a nyomat funkciót, miel tt elhagyod a lábat. Próbáld ki több más lábon, hogy mely lábakat szükséges összekötnöd. A következ lépésekben kialakítod a NYÁK megfelel nyomatait, vagyis a vezet sávokat, a tápegység áramköri rajznak megfelel en. : Kattints a "Place a trace" ikonra egyszer ismét ha szükséges az, és kattints a J1 bemenet csatlakozó legbaloldalibb t jére. Csatlakoztasd azokat a lábakat, amelyek kék ponttal vannak jelezve, úgy, hogy mozgatod a kurzort és bal kattintás mindegyik t n, amelyik kékkel van jelölve. Jobb kattintás a nyomat befejezéséhez. (Itt most csak 2db csatlakoztatandó pontnak kellene lennie az els nyomatnál.) : Azután csatlakoztasd J1 legjobboldalibb t jét. (2 db csatlakozási pont). (J1 harmadik lábát nem kell csatlakoztatni.) Azoknak a nyomatoknak nem szabad érintenie másik nyomatot, vagy t t, amelyik nem része annak az áramköri kapcsolatnak. Létrehozhatsz bármilyen mintázatban nyomatokat kattintással az útvonalon. : Készítsd el a kijelölt csatlakozásokat U1 1-es lábához (3 db csatlakozó pont). : és U1 azaz DIP 3-as lábától;( 5 db csatlakozó pont). : készítsd el a kötéseket a 7805 kimenetét l (legjobboldalibb t ; 3 db csatlakozó pont). : Vég l, J2 másik széls csatlakozójához is vigyél egy nyomatot két földelt tápkimenet lesz. Közben nem kellene rövidzárlatot létrehoznod a +5V-os középs t vel! : Adj sarkokat a kialakított nyomatokhoz, a vezt sávokat meg is szélesítheted így egy csinos és helyes tápegység NYÁK-hoz jutsz. (Ez egy kritikus, és elmés lépéssorozat.)/nyilas kurzorral dupla kattintás egy nyomatra és trace type (Nyomat típus)-al változtathatod a szélességet, vagy ugyanitt: Trace layer(nyomat réteg) választással vezet sávot vihetsz át egy másik rétegbe(2 réteg panelnél a túloldalra-zöld vezet mintázat). : Jól használható még a baloldali menüoszlopban lév : Highlight net connections (csatlakozó kötések megvilágítása) parancs, végigmehetsz vele az egyes lábakon : Kattints a "Place text" ikonra, ( Helyezz el sz veget ); vidd be "A NYÁK-ot (PCB-t) tervezte: <vidd be a nevedet>" pl egy jobb fels ablakban (ahol az adatbázis szokott felt nni a korábbi m veletekben). Jó ötlet a dátum és a panel verzió számának a feltüntetése is. Szövegnél is használhatod a fels eszközsor már ismert 4 kis forgató ikonját. Ez minden!most már befejezheted a NYÁK panelt! Ne felejtsd elmenteni a file-t.
V. Nyomtatás Amikor befejezted a kapcsolási rajzot és nyák tervet, nyomtass azokról másolatot!a kapcsolás kinyomtatásához válaszd az Orientation: "Landscape" beállítást. A NYÁK kinyomtatásához válaszd szintén "Landscape, azután pipáld ki azon sorokat, pl "Top copper layer,", "Bottom copper layer,"-re és a and "Silkscreen layer"-t, /Fels réz réteg, Alsó réz réteg, Szita réteg/, amelyeket ki szándékozol nyomtatni. A nyomtatás 1:1 arányú. Ha a NYÁK paneled függ leges téglalap, akkor a Portrait a jó választás. Ha a megnyított ExpressPCB-n a kurzort a panel sarokpontjaira viszed, leolvashatod a panel sarkok koordinátáit. Ezekb l kiszámíthatod a panelméretet, ami collban értend.(1 coll=25,4mm) /Megj.: a panel méretét megváltoztathatod, ha pl. a sarkokat elkezded húzni a kurzorral ). De a fels men sor View>Options >View>Display units-ban átállhatsz mm-es kijelzésre is. Ha a baloldali menüoszlopban: Insert corner in board perimeter (Helyezz el egy sarkot a panel kerületén) parancsot választod, egy sarokpontot elhelyezhetsz a NYÁK panel kerületén, amit aztán a kurzorral megfoghatsz, és húzhatsz Megj.: ez a tápegység NYÁK terv eléggé egyszer, és tulajdonképpen csak egy réteg nyomatot kíván, amelyik az alsó oldal lesz, vagy másképp a forrasztásos oldal. Sok profi panel aktuálisan többréteg panel, akár 17 réteggel, földelt réteg. stb.aztán van olyan szoftver is amelyik az elrendezést is automatikusan produkálja a kapcsolási rajzból egy kis emberi közrem ködéssel, de az ExpressPCB ezt a funkciót nem tudja. Felhasznált irodalom: az University of the Pacific, CA hasonló témájú jegyzete. Dec. 2007, KI