HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ELECTRONIC WORKBENCH 5.12 Hiện nay, với sự hỗ trợ của máy tính việc thử nghiệm và chế tạo các mạch điện trở nên đơn giản hơn nhiều. Nhờ có những phần mềm hỗ trợ này, cho phép người chế tạo đỡ tốn thời gian cho việc thử nghiệm nhiều lần trên thực tế và việc thiết kế thuận lợi hơn nhiều. Có rất nhiều phầm mềm liên quan đến thiết kế và mô phỏng điện. Trong giới hạn bài này, xin giới thiệu với các bạn phần hướng dẫn sử dụng phần mềm ELECTRONIC WORKBENCH 5.12. Đây là một phần mềm mô phỏng trực quan về điện tử, dễ thao tác với người sử dụng. Đến hiện thời đã có phiên bản 10.0. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn giới thiệu phiên bản 5.12 vì vẫn có rất nhiều bạn sử dụng phiên bản này, và những phiên bản sau này được nâng cấp từ các phiên bản trước đó, cho nên từ phần cơ sở này bạn có thể tìm hiểu dễ dàng hơn đối với các phiên bản cao hơn. Tài liệu hướng dẫn gồm hai phần: PHẦN TRA CỨU: Dùng tra cứu các chức năng của các công cụ làm việc của phần mềm ELECTRONIC WORKBENCH 5.12. Gồm các loại sau: • Các thanh chức năng • Thư viện linh kiện • Thiết bị đo kiểm PHẦN THỰC HÀNH: Gồm • Các bài thực hành cơ bản • Các bài thực hành nâng cao VỊ TRÍ CỦA EWB TRONG MÔN HỌC C.A.A C.A.A. là tên của môn học Giải tích mạch với sự trợ giúp máy tính, viết tắt từ thuật ngữ Computer Aided Analysis. Để tiện cho việc trình bày trong giáo trình, người viết xin được phép dùng thuật ngữ viết tắt này thay thế cho tên môn học "Giải tích mạch với sự trợ giúp máy tính" trong toàn bộ giáo trình điện tử. Đây là một môn học được rất nhiều các trường đại học, cao đẳng trên toàn thế giới sử dụng. Nó trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về máy tính, từ đó sinh viên có thể phân tích mạch, hệ thống điện qua các công cụ mà môn học hỗ trợ. Xin đừng nhầm thuật ngữ "phân tích mạch" ở đây theo nghĩa là "đọc được nguyên lý làm việc của mạch", mà hãy hiểu theo hướng phân tích chi tiết từng linh kiện thành phần tham gia mạch kể cả ý đồ của người thiết kế, từ đó có thể phân tích ưu nhược điểm của mạch, giúp người sử dụng công cụ dễ dàng hơn trong việc cải tiến mạch theo hướng mình muốn. Tuỳ vào từng trường, từng ngành, từng cấp học, các công cụ được trang bị trong môn học cũng khác đi. Cụ thể với các trường thiên về thiết kế, người ta sử dụng Matlab; các trường chủ yếu thực hành có thể dùng Electronics Workbench (EWB), Pspice, CircuitMaker, Orcad Tại bộ môn Điện tử trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, chúng tôi sử dụng EWB và Pspice. Tóm lại, phần mềm Electronics Workbench chính là một công cụ mà môn học C.A.A muốn trang bị cho sinh viên. Ngoài công cụ là phần mềm EWB, môn học C.A.A còn trang bị cho sinh viên ngành Điện tử các kiến thức về mô hình toán học của các linh kiện điện tử, giới thiệu về cấu trúc phần cứng máy tính Đã là một công cụ, thì chính bản thân phần mềm này không thể tự nó thiết kế nên mạch điện, mà nó chỉ trợ giúp người thiết kế trong việc tính toán: nghĩa là nếu người sử dụng không biết thiết kế thì phần mềm này cũng chẳng thiết kế được gì ngoài các ví dụ mẫu mang tính minh hoạ. Không nên hiểu thuật ngữ EDA (Electric and Elecctronics Design Automation) là phần mềm có thể tự nó thiết kế được mạch điện. Chính xác là nó chỉ làm cho việc thiết kế trở nên dễ dàng hơn nhờ vào tốc độ tính toán cực nhanh của nó. Có một câu nói có vẻ dân dã nhưng diễn tả rất chính xác trường hợp này, đó là:"Với máy tính, nếu ta đưa vào rác nó sẽ cho ra rác". Trong các phần mềm mô phỏng hiện nay, EWB là một trong những phần mềm thực dụng nhất. Do vậy sinh viên sẽ có nhiều thuận lợi khi tiếp cận với phần mềm Electronics Workbench. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM Nếu đem so sánh giữa Electronics Workbench (EWB) với Orcad (sau khi sát nhập với MicroSim) hay Pspice về khả năng mô phỏng thì EWB không mạnh bằng. Nhưng nếu chúng ta hiểu được tên gọi, thì cũng phần nào hiểu được đặc tính cơ bản của phần mềm này và hiểu được vì sao nó vẫn có chỗ đứng nhất định trong thực tế! Thuật ngữ "work-bench" trong tiếng Anh có nghĩa là bàn làm việc của thợ. Có nghĩa là: khi thao tác trên EWB, ta có cảm giác giống như đang làm việc trên bàn thợ vậy Nào là lấy từng linh kiện cắm vào bảng mạch, rồi hàn nối dây giữa chúng lại với nhau theo sơ đồ mà mình mong muốn, sau đó lắp các cơ cấu đo để đo các thông số cần khảo sát và sau khi đã quan sát kỹ lưỡng thì cấp điện cho mạch để xem kết quả. Đến đây thì bắt đầu có khác: Nếu như mạch thực tế có thể bị "xịt khói" hay cháy nổ, hư linh kiện, cơ cấu đo nghĩa là tốn hao tiền của, thì ở đây chúng ta yên tâm. Chương trình EWB sẽ báo hiệu cho chúng ta biết mà không hề có sự cố hỏng hóc, hư hao nào. Trong mạch thực tế, ngoài tín hiệu thực nó còn chồng chập vào đó vô số những tín hiệu nhiễu mà nếu là người thiếu kinh nghiệm trong thực tế khó lòng bạn nhận ra được đâu là tín hiệu thật cần khảo sát. Trong khi với EWB thì tín hiệu nhận được là tín hiệu thật 100%. Với mạch thực tế, khi muốn mạch tạm đứng yên ở một trạng thái bất kỳ để ghi nhận kết quả làm việc là chuyện khó thì với EWB rất đơn giản: bạn chỉ cần nhấn bên góc phải của màn hình ngay dưới nút công-tắc nguồn thì mạch sẽ tạm dừng lại để bạn ghi nhận kết quả. Muốn mạch chạy trở lại chỉ cần nhấn nút 'Pause" thêm một lần nữa. Chương trình EWB có thể chồng chập nhiều kết quả phân tích lên một đồ thị phân tích trong khi mạch thực tế đòi hỏi phải làm đi làm lại nhiều lần, mỗi lần đều phải ghi kết nhận kết quả. Từ đây, việc phân tích mạch sẽ dễ dàng hơn khi sử dụng EWB. Các cơ cấu đo, thiết bị hiển thị trong EWB rất phong phú và chất lượng thì tuyệt vời, nếu thực tế bạn muốn sở hữu đầy đủ các thiết bị trên thì ""hơi bị" khó! Các thiết bị trên sẽ giúp bạn rất nhiều trong việc phân tích mạch. Bạn có cảm giác như được làm việc trong một phòng thí nghiệm rất hiện đại. Cũng như các phần mềm phân tích mạch khác, EWB có các công cụ thống kê tính toán rất nhanh mà nếu tính bằng tay có lẽ phải tốn một thời gian khá dài để hoàn thành (đôi lúc không tính được). Tất nhiên, yêu cầu nơi người sử dụng EWB phải có được một trình độ cơ bản nhất định. Nhưng nếu chỉ nêu những ưu điểm mà bỏ qua nhược điểm thì thật là phiến diện. "Nhân vô thập toàn" nên sản phẩm con người tạo ra cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định. Chương trình EWB vẫn tồn tại một số nhược điểm sau: Do EWB dùng phương pháp Newton-Raphson để giải quyết các mạch điện phi tuyến, nghĩa là khi gặp các linh kiện phi tuyến EWB sẽ tuyến tính hoá chúng vì thế sẽ dẫn đến các sai số. Khi các sai số này còn nằm trong dung sai được chỉ định trước trong quá trình phân tích mạch (trong menu Analysis), thì kết quả vẫn được hiển thị. Nếu sai số này vượt quá mức cho phép, thông tin báo lỗi (Error) sẽ hiện ra và việc phân tích sẽ bị hủy bỏ, trong khi mạch thực tế có thể vẫn chạy tốt. Do EWB chủ yếu định tính ít định lượng, ví dụ với một transistor BJT: Pspice cùng thời điểm dùng đến 14 thông số để mô phỏng trong khi EWB chỉ có 10. Nên sai số xảy ra khá lớn. Điều này cũng lý giải vì sao cùng một cấu hình máy tính, mạch điện, các yêu cầu phân tích EWB chạy nhanh và ít bị "treo" hơn Pspice. Tính liên thông giữa các phần mềm của EWB chưa cao: nếu như Pspice và Orcad (lúc chưa sát nhập) có thể dung nạp dễ dàng rất nhiều phần mềm vẽ và phân tích mạch khác thì ở EWB không được dễ dàng như trên. Với những đặc tính vừa phân tích ở trên, ta nhận thấy EWB rất thích hợp cho các lớp thực tập, trung cấp hoặc công nhân lành nghề. Vì ở đây yêu cầu chính là định tính; còn định lượng là không cao. Đặc biệt rất thích hợp đối với các kỹ thuật viên sửa chữa điện tử (sơ, trung lẫn cao cấp), EWB có thể xem như một bàn thợ "cao cấp". PHẦN I : CÁC THANH CHỨC NĂNG Sau khi việc khởi động phần mềm EWB 5.12 hoàn tất, vào phần mềm ta thấy trên màn hình máy tính có các thanh như sau: THANH TRÌNH ĐƠN THANH CÔNG CỤ Để xem công dụng của các thanh trên, hãy click chuột trên các biểu tượng tương ứng mà bạn muốn xem. THANH TRÌNH ĐƠN Thanh trình đơn chứa các lệnh menu chính. Trong lệnh menu chính có chứa các lệnh menu con hỗ trợ cho việc mô phỏng mạch điện. 1. File: Trong trình đơn này chứa các lệnh như sau: - New: Mở cửa sổ thiết kế mới chưa được đặt tên (Untitled). Nếu chuyển sang một mạch điện khác, chương trình sẽ nhắc lưu lại mạch điện trong màn hình thiết kế trước khi mở màn hình thiết kế khác. Khi khởi động chương trình, cửa sổ thiết kế mạch mới sẽ tự động xuất hiện. - Open: Mở một tập tin mạch điện đã được lưu trước đây. Bình thường, hộp thoại Open sẽ xuất hiện. Nếu cần thiết có thể chuyển đổi qua lại giữa các ổ đĩa hay các thư mục có chứa tập tin cần mở. Chương trình chỉ mở những tập tin có phần mở rộng là : *.CA*, * .Cd*, và *.Ewb (trong môi trường Windows). - Save: Lưu tập tin mạch điện hiện hành. Thông thường, hộp thoại lưu trữ tập tin sẽ xuất hiện. Có thể chọn thư mục hoặc chuyển đổi ổ đĩa trong hộp thoại lư trữ. Ðối với người sử dụng hệ điều hành Windows, phần mở rộng của tập tin mạch điện sẽ là .EWB tự động cộng thêm vào. Ví dụ : mạch điện có tên là DaoDong sẽ được lưu lại dưới dạng tập tin của chương trình là : DaoDong.EWB. - Save As: Khi muốn chuyển đổi tên tập tin từ tập tin gốc thì chọn lệnh Save As và tập tin cũ sẽ khong thay đổi. Chú ý : tập tin trong phiên bản 5.12 sẽ không thể mở được trong phiên bản 5.0. Ngược lại, các tập tin trong phiên bản 5.0 sau khi đã lưu lại và chuyển vào danh sách những tập tin của phiên bản 5.12 sẽ được cương trình hiểu như là tập tin mặc định của phiên bản 5.12. - Revert to Saved: Phục hồi mạch điện theo cách đã lưu cuối cùng. - Import : Chuyển tập tin của chương trình SPICE có phần mở rộng là *.Net hay *.Cir trong hệ điều hành Windows thành dạng sơ đồ nguyên lý. Chú ý : chương trình Electronics Workbench sẽ chỉ nhận diện những điểm nối nhau trong mạch, nếu bằng số điểm nối cho phép của chương trình. Nếu vượt quá số lương cho phép thì chương trình sẽ thay đổi tên những điểm nối và và cung cấp những thông tin mới này trong hộp thoại. - Export : Ðối với những người sử dụng hệ điều hành Windows, bất kỳ một tập tin mạch điện nào lưu trữ theo định dạng tập tin có phần mở rộng là *.Net, *.Scr, *.Cmp, *.Cir, *.Plc. Chuyển sơ đổ nguyên lý của chương trình sang phần mềm khác có hỗ trợ thiết kế mạch in. - Print : In mạch điện hay một phần của mạch điện và kết quả của các dụng cụ đo ra giấy. Khi nhấp chuột vào biểu tượng máy in trên thanh công cụ, hộp thoại Print sẽ xuất hiện với các ô chọn lựa kiểu in : In mạch điện : Circuit. In sơ đồ nguyên lý : nhấp chuột vào ô Schematic. For printing, zoom to : phóng lớn hay thu nhỏ phần cần in ra giấy, chương trình hỗ trợ cho các kích thước từ 20% đến 500%. Nếu không xác định được kích thước sơ đồ in thì chọn Fit to page chương trình sẽ tự điều chỉnh sao cho sơ đồ sẽ được in ra đủ một trang giấy. Description : in phần vẽ mạch điện. Parts list : in một phần bảng kê khai các thông số mạch điện. Model list : chọn kiểu bảng thống kê khai báo các thông số của mạch điện. Subcircuit : in các thành phần mạch điện nhánh. Instruments: In thông số của các dụng cụ đo . Multimeter : in thông số đo của máy đo V.O.M. Function Generator : in thông số đo của máy phát sóng. Oscilloscope :in thông số đo của máy đo dạng sóng và dạng sóng tại điểm đang kiểm tra. Bode Ploter : in thông số đo của máy vẽ giản đồ Bode. Word Generator : in các thông số của máy phát từ. Logic Convertor : in các thông số của máy chuyển đổi Logic như bảng sự thật (a Truth Table), biểu thức Boolean. Boolean Expresstion : chỉ in biểu thức Boolean trong máy chuyển đổi Logic. XY Plot : chỉ in đồ thị theo hai trục X và Y trong các bảng thống kê thông số của mạch điện. - Chú ý : Thứ tự trang in sẽ hiện ra khi nhấp chuột vào ô cần in. Chỉ những ô có chữ hiện ra là có thể in được còn các chữ mờ thì không chọn in ra giấy được. - Print setup: Sau khi chọn lệnh này, hộp thoại Print Setup sẽ xuất hiện với các thông số in chuẩn từ đó có thể thay đổi lại các thông số cho máy in và định dạng cho hình ảnh, khổ giấy, nguồn giấy và một số chọn lựa khác. Nếu mạch điện quá lớn, nó sẽ tự động trải rộng và in ra với số giấy nhiều hơn số giấy dự tính. THANH CÔNG CỤ Ngay dưới thanh trình đơn chính là thanh công cụ. Thanh này chứa các công cụ điều khiến việc mô phỏng tương tự như khi click từ menu nhưng nhanh hơn. Do ý nghĩa của các biểu tượng trong thanh này giống như trong thanh trình đơn nên ở đây giáo trình chỉ nêu chức năng của từng nút trong bảng sau . New: mở tập tin mới. Open: mở một tin đã lưu. Save: Lưu tập tin đang hiện hành. Print: cho phép in. Cut: cắt một phần tử đưa vào Clipboard Copy: Sao chép tập tin. Paste: Dán tập tin từ Clipboard vào màn hình hiện hành. Rotate, Flip Horizontal, Flip Vertical: xoay chuyển linh kiện. Create Subcircuit: Tạo mạch điện phụ trợ. Display Graphs: cho phép hiển thị cái đã dấu. Component Properties: Chỉnh sửa thuộc tính Zoom In, Zoom out: phóng to thu nhỏ đối tượng. Tỉ lệ xem mạch điện trên màn hình. Help: hướng dẫn bằng tiếng Anh. PHẦN II : THƯ VIỆN LINH KIỆN Khi mở màn hình giao diện chính của EWB 5.12, ngay dưới thanh menu hiện hữu thanh thư viện linh kiện. Đạy chính là nơi EWB chứa các linh kiện phục vụ cho việc mô phỏng. Thanh này có dạng như sau: Nội dung trong từng hộp công cụ trong thanh này trình bày qua bảng sau (Nhấp chuột vào biểu tượng của từng hộp linh kiện để xem chủng loại linh kiện): Sources : chứa tất cả những bộ nguồn có sẵn trong chương trình Electronics WorkBench bao gồm nguồn Pin (Battery), nguồn xoay chiều (AC voltage source), nguồn một chiều (Vcc source), nguồn phát sóng FM (FM source). Basic : chứa những thành phần cơ bản có trong mạch điện tử được thiết kế sẵn trong chương trình bao gồm điện trở (Resistor), tụ điện (Capacitor), rơ-le (Relay), biến áp (Transformer), tiếp điểm Diode : chứa những kiểu Diode có sẵn trong Electronics WorkBench bao gồm Diac, Triac, Diac, Thyristor, diode Shockley, Led, Diode zener, cầu diode. Transistors : chứa những linh kiện thuộc họ transistor bán dẫn có sẵn trong chương trình bao gồm transistor BJT; JFET kênh P, kênh N; MOSFET kênh N, kênh P; GaAS FET kênh N, kênh P. Analog ICs : chứa những bộ khuếch đại thuật toán bao gồm bộ khuếch đại thuật toán 3, chân, 5 chân (5-terminal opamp), 9 chân (9-terminal opamp), bộ so sánh (Comparator), mạch vòng khoá pha (phase-locked loop). Mixer ICs : chứa các vi mạch lai bao gồm những bộ chuyển đổi Analog sang Digital và từ Digital sang Analog, mạch đơn ổn (Monostable), vi mạch 555. Digital ICs : chứa những vi mạch số cho chương trình EWB 5.12. Bao gồm những vi mạch thuộc họ 74XX, 741XX, 742XX, 4XXX. Logic Gate : chứa các cổng logic có trong chương trình mô phỏng như cổng NOT, AND và các IC chứa những cổng logic như IC cổng NAND, cổng EXOR. Digital : chứa những thành phần liên quan đến mạch số như mạch công bán phần (Half - Adder), các Flip - Flop (Flip-Flops), bộ dồn kênh (multiplexer), thanh ghi dịch (shift register), bộ mã hoá (encode). Indicators : chứa những thành phần hiển thị có trong chương trình bao gồm đồng hồ đo điện áp (Voltmeter), đo dòng điện (Ammeter), bóng đèn (Bulb), Led 7 đoạn (7-segment display), bộ hiển thị dải ( bargraph Display). Control : chứa những khối sử dụng trong tự động điều khiển bao gồm bộ vi phân điện áp (voltage differentiator), khối tăng độ lợi điện áp (voltage gain block), bộ nhân (multiplier), giới hạn điện áp (voltage limiter), bộ chia (divider). Miscellaneous : bao gồm các thiết bị phụ trợ khác như cầu chì [...]... bằng Voltmeter 4 Bài tập củng cố: Hãy thiết kế mạch chỉnh lưu toàn sóng sử dụng biến áp có điểm giữa có sử dụng bộ lọc L, C Nhận xét về độ lọc phẳng sóng dạng điện áp trên tải khi: - Tải công su t lớn - Tải công su t bé BÀI 2:MẠCH KHUẾCH ĐẠI Hãy mô phỏng mạch khuếch đại sau : 1.Mục đích - yêu cầu: - Củng cố kiến thức về mạch khuếch đại, nắm vững nguyên lý hoạt động và cách thiết kế mạch điện theo sơ . cơ sở này bạn có thể tìm hiểu dễ dàng hơn đối với các phiên bản cao hơn. Tài liệu hướng dẫn gồm hai phần: PHẦN TRA CỨU: Dùng tra cứu các chức năng của. được gì ngoài các ví dụ mẫu mang tính minh hoạ. Không nên hiểu thuật ngữ EDA (Electric and Elecctronics Design Automation) là phần mềm có thể tự nó thiết