pro tel micro cap

INŽENJERSKI ALATI U ELEKTRONICI Protel 99SE MicroCap 7

U N I V E R Z I T E T U N O V O M S A D U FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA

DEPARTMAN ZA ENERGETIKU, ELEKTRONIKU, TELEKOMUNIKACIJE KATEDRA ZA ELEKTRONIKU

mr Mirjana Videnović Mišić

- S K R I P T A -

NOVI SAD 2007

Milko Đurđević

Dejan Krstić

M.Videnović-Mišić, M. Đurđević, D.Krstić INŽENJERSKI ALATI U ELEKTRONICI

2

PREDGOVOR PRVOM IZDANJU Predmet Inženjerski alati u elektronici slušaju studenti Fakulteta Tehničkih Nauka u Novom Sadu, na Departmanu za energetiku, elektroniku i telekomunikacije, u 3. semestru na smeru Mikroračunarska elektronika. Predmet je koncipiran kao uvod u osnove rukovanja softverskim alatima koji se koriste za projektovanje, modeliranje, simulaciju i ispitivanje električnih kola kao i za dizajn i izradu gotovih štampanih ploča. Tokom kursa se radi u dva osnovna programska paketa namenjena tome: Protel kompanije Altium (verzija 99SE) i MicroCap kompanije Spectrum Software (verzija 7). Za savladavanje rada u ovim programskim alatima nije neophodno nikakvo prethodno poznavanje ovih alata, već samo osnove korišćenja kompjutera u Windows-ovom okruženju. Ova skripta je nastala sakupljanjem prepiski i materijala koji je korišćen na laboratorijskim vežbama školske 2006/07. i beleškama studenata, te kao takva ona predstavlja objedinjeno štivo za praćenje vežbi i polaganje ispita iz ovog predmeta. Mnoštvo slika i ilustracija bitno olakšavaju razumevanje i usvajanje izloženog gradiva. Autori se zahvaljuju svima koji ukažu na određene nedostatke ili greške prilikom štampe teksta. Sve nejasnoće i primedbe možete poslati autorima na [email protected]. U Novom Sadu, novembar 2007. Autori


3

SADRŽAJ:

PREDGOVOR PRVOM IZDANJU str. 2

1. PROTEL

Uvod u programski paket Protel 99SE str. 4 Vežba 1 – PIC programator (JDM interfejs) str. 6 1.1.1 Izrada električne šeme za PIC programator str. 6 1.1.2.Izrada PCB-a za PIC programator str. 17 Vežba 2 – Bežični mikrofon str. 22

1.2.1. Izrada električne šeme za bežični mikrofon str. 22 1.2.2. Izrada PCB-a za bežični mikrofon str. 32

1. MICROCAP

2.1. Uvod u programski paket MicroCap 7 str. 36 2.2. Osnovna linearna kola sa OP str. 39

2.2.1. Invertujući pojačavač str. 40 2.2.2. Neinvertujući pojačavač str. 41 2.2.3. Jedinični pojačavač str. 41 2.2.4. Diferencijalni pojačavač str. 42

2.3. Zadaci (upotreba simulatora 7) str. 43 2.4. Analize u MicroCap 7 str. 45 2.4.1. DC analiza str. 45 2.4.2. AC analiza str. 45 2.4.3. Tranzijentna analiza str. 46 2.5. Uticaji na prenosnu karakteristiku str. 46 2.5.1. Uticaj neidealnosti OP na prenosnu karakteristiku OP str. 46 2.5.2. Uticaj Voff na prenosnu karakteristiku str. 47 2.5.3. Uticaj Vos na prenosnu karakteristiku str. 50

2.5.4. Uticaj R1 (IBIAS) na prenosnu karakteristiku str. 50 2.5.5. Konfiguracija invertujućeg pojačavača sa OP str. 51 2.6. Pojačavačka kola str. 54

2.6.1. Položaj mirne radne tačke stepena sa zajedničkim emiterom str. 54 2.6.2. AC analiza stepena sa zajedničkim emiterom str. 56

2.6.3. Microcap analiza stepena sa zajedničkim emiterom str. 60 2.6.4. Microcap AC analiza stepena sa zajedničkim emiterom str. 66 2.7.Kombinacione mreže str. 68 2.7.1. Signali u digitalnim elektronskim kolima str. 68

2.7.2 Digitalni pobudni generatori (Stimulus Generators) str. 71 2.7.3. Osnovne logičke operacije str. 76


4

GLAVA 1. PROTEL

Programski paket Protel firme Altium1 nastao je sredinom devedesetih godina XX veka kao jedan od prvih programskih paketa za dizajn i izradu štampanih pločica. Na svom početku postojanja nije imao izgled kakav danas poseduje, niti se pojavio pod imenom koji danas ima. U početku su postojala dva odvojena programa od kojih je jedan bio za izradu shema električnih kola (Schematic Editor), a drugi za prenos tih shema i izradu u tzv. PCB2 oblik (PCB Editor). Svojom verzijom Protel firma Altium objedinjuje ta dva programa u jedan programski paket koji sada predstavlja jedinstveni alat za izradu štampanih pločica od sheme do gotove štampane pločice. Pored Protel-a pojavili su se i još uvek se pojavljuju i drugi programski alati drugih firmi koji služe istoj svrsi, međutim Protel je ostao kao jedan od, u potpunosti, zaokruženih programskih alata namenjenih projektovanju, dizajnu i izradi štampanih pločica zajedno sa svojom velikom bibliotekom elemenata koji se koriste u tom cilju i više nego funkcionalnim interfejsom za rukovanje procesom koji omogućava vrlo pregledan i brz pristup svim važnijim funkcijama u programu. Od verzije Protel 99SE koja je objavljena u nekoliko Service Pack-ova (tačnije od SP1 do SP6) do danas su se razvile još verzije Protel DXP (verzija 2004) i najnovija verzija Altium Designer 6 (verzija 2006) počev od koje Protel više ne nosi svoj stari naziv.

UVOD U PROGRAMSKI PAKET PROTEL 99SE

U katalogu proizvođača ili pretragom na internetu možete pronaći data-sheet3 svake komponente odnosno podatke o komponenti: simbol, kritični parametri komponente, kućište u koje je upakovano, dimenzije kućišta, raspored nožica na komponenti, koju funkciju obavlja svaka od tih nožica i sl. Ako imate shemu, komponente i njihov tehnički opis koji znate da protumačite, vi onda imate osnovno znanje za pravljenje uređaja, jer znate kako da povežete komponente. Međusobno povezivanje komponenti očigledno se ne može vršiti u vazduhu već nam je potreban medijum koji će to sve povezati. Kakav medijum? Čvrst, minimalne zapremine i provodan. Rezultat toga je vitroplast odnosno ploča tankog izolatora čije su obe strane prekrivene provodnim materijalom (bakrom). Šta je naš zadatak tokom učenja Protel-a? Zadatak je kako na vitroplastu (p)ostaviti provodne površine samo tamo gde mi želimo. Provodne površine predstavljaju veze između komponenti kao i njihovih footprint4-ova (lemna mesta) koji su potrebni svakoj komponenti da bi se mogla montirati na štampanu ploču. Takođe je moguće na štampanoj ploči napisati dodatne podatke o komponentama odnosno o njihovim nazivima ili vrednostima kao i o samoj shemi na ploči (šta predstavlja, autor, datum...) Da bi zaštitili štampanu ploču od daljeg procesa oksidacije kao i od fizičkih oštećenja nanosi se sloj stop-laka koji ima dodatnu ulogu da spreči razlivanje lema po štampanoj ploči i vezama. Što je štampana ploča složenija to je i broj slojeva, a samim tim i broj maski sve veći.

STRUKTURA I PRINCIP RADA PROTEL-a

Pod jednim krovom Design Explorer stavljeno je više manjih programa: - Schematic Library - Schematic Editor - PCB Library - PCB Editor -

Kako Protel funkcioniše najbolje prikazuje sledeći dijagram toka procesa realizacije projektnog zadatka koji se postavlja pred inženjera (slika i). Ne samo da su svi programi pod jednim krovom, već su i svi delovi projekta na istom mestu unutar projektne baze podataka *.ddb (Design Data Base), shema *.sch (Schematic), štampana ploča *.pcb (Printed Circle Board), biblioteka komponenti *.lib (Library), biblioteka futprintova *.lib (Library), NET lista *.net (Net List). Prednosti ovakvog načina organizacije su:

- pokretanjem jednog programa na raspolaganju su svi programi koji su nam potrebni da dođemo do konačnog proizvoda, a to je štampana ploča,

- svi dokumenti nastali u pojedinim fazama rada kao i alati koje koristimo u radu sa njima su na jednom mestu,

1 Više informacija možete naći na www.altium.com 2 engl. printed circuit board – štampana pločica 3 engl. datasheet – tehnički opis (specifikacija) 4 engl. footprint – otisak štampe elementa na pločici


5

- čuvanjem u okviru jedne baze podataka isključena je mogućnost da se deo projekta izgubi, ako želimo da zaštitimo naš projekat od radoznalih pogleda moguće ga je zaštititi šifrom tako da su podaci dostupni samo nama ili određenoj grupi ljudi.

Slika i. Princip rada Protel-a

U cilju razumevanja programskog paketa i samog postupka kojim ćemo od početne šeme odnosno crteža na

papiru doći do konačnog rezultata odnosno do izgleda naše štampane pločice, analiziraćemo i uraditi dve vežbe. U prilogu je takođe urađen i jedan projekat.

CRTEŽ NA PAPIRU

PCB PRIKAZ

ŠTAMPANA PLOČICA

SCHEMATIC EDITOR

SHEMATSKI PRIKAZ

PCB EDITOR

SCHEMATIC LIBRARY

PCB LIBRARY

NETLIST


6

VEŽBA 1 - PIC programator (JDM interfejs, Jens Dyekar Madsen)

Vaš prvi projektni zadatak će biti generisanje fajla za izradu štampane ploče (odnosno PCB-a - Printed Circuit Board) “programatora“ PIC mikrokontrolera (PIC - Programmable Intelligent Computer). Cilj je omogućiti programiranje najpopularnijih tipova jeftinih i moćnih integrisanih kola tipa “sve na jednom mestu”, na primer: PIC 16F84, PIC 16F627, PIC 16F628 itd (http://www.ke4nyv.com/picprojects.htm). U stvari, izrada ovakve elektronske minijature jedva da se može nazvati projektom u pravom smislu te reči jer se sastoji od svega nekoliko komponenata i ona je odabrana kao prvi primer samo zato što je teško naći jednostavniji uređaj koji ima neku korisnu primenu.

Princip rada ovog programatora je sledeći: PIC mikrokontroler koji želimo isprogramirati stavimo u 18-pinsko podnožje na pločici. Pločica je serijskim portom povezana sa računarom na kome se nalazi softver namenjen za programiranje mikrokontrolera tj. pločica je isprojektovana da predstavlja interfejs između mikrokontrolera i serijskog porta računara. Nakon programiranja, mikrokontroler skinemo sa pločice programatora i stavimo u podnožje njegovog originalnog kola.

1.1.1. IZRADA ELEKTRIČNE ŠEME ZA PIC PROGRAMATOR

Korak 1 – Crtanje električne šeme na papiru

Kao i obično, sve počinje na brzinu nacrtanom skicom na papiru, slika 1.1. Na osnovu ove improvizovane šeme potrebno je napraviti štampanu pločicu.

Slika 1.1. Ručno nacrtana šema Slika 1.2. Pokretanje Protela

Korak 2 –Pokretanje Protela

Kliknite dva puta na ikonu na Desktopu da biste pokrenuli Protel (Design Explorer), slika 1.2. Pred vama se otvara radno okruženje Protela (za sada prazno), odnosno deo intefejsa koji je zajednički za sve delove ovog programskog paketa. Osnovni delovi radnog okruženja su:

• Standardni delovi Windows aplikacija (naslovna linija, linija menija, linija sa alatima - toolbar) • Explorer • Glavni prozor (Design Window)

Korak 3 – Kreiranje novog projekta

Potrebno je napraviti novu bazu podataka u kojoj će biti smešteno sve što je vezano za vaš novi projekat. Odaberite File New Design

(Ukoliko nijedan projekat nije trenutno otvoren, opcija New Design ne postoji pa u tom slučaju treba kliknuti na File New.)

• U dijalog boksu koji se pojavljuje (slika 1.3), proverite da li je u polju Design Storage Type upisano: MS Access database. Ova opcija je upisana po „difoltu“ ali ako ste je u međuvremenu izmenili, obavezno je odaberite klikom na strelicu sa desne strane ovog polja.

• U polju Database File Name, upišite ime novog projekta (PIC Programator). • Kliknite na taster Browse u polju Database Location i odaberite lokaciju gde će biti sačuvana vaša nova baza

podataka (E(ili F):\Projekti).

Korak 4 – Kreiranje novog dokumenta u Šematik Editoru

Baza podataka koju ste upravo napravili je za sada prazna. Prvi dokument koji će ući u njen sastav je električna šema. Da biste je nacrtali potrebna vam je prazna radna površina i pokrenut odgovarajući program (Šematik Editor). Drugim rečima potrebno je otvoriti novi dokument u Šematik Editoru. Da biste ga otvorili odaberite: File New Schematic Document (slika 1.4).


7

Slika 1.3. Kreiranje novog projekta

Sada se u glavnom prozoru (desna polovina ekrana) nalazi ikona koja simbolizuje novi dokument (slika 1.5). Dodelite mu novo ime (ukoliko to niste već uradili neposredno nakon otvaranja novog dokumenta): kliknite desnim tasterom miša na ikonu Sheet1.Sch Rename upišite “SHEMA”.

Slika 1.4. Kreiranje novog dokumenta Slika 1.5. Preimenovanje novog dokumenta

Na kraju, kliknite dvaput na istu ikonu i pred vama će se otvoriti dokument sa praznom radnom površinom spremnom za rad, slika1.6.

Kao što primećujete, sadržaj linije sa alatima i linije sa menijima su izmenjeni tj. dodati su novi meniji i alati. To se dešava svaki put kada pokrenete neki program iz Protelovog paketa (Šematik Editor, PCB Editor, Editor PCB biblioteka, Editor Šematik Biblioteka). Bitno je napomenuti da svaki od tih programa prikazuje svoje menije i alate.

Slika 1.6. Prazan Šematik dokument Slika 1.7. Explorer

Radno okruženje – Explorer

• Namena ovog dela radnog okruženja (slika 1.7) je da prikaže sve postojeće dokumente jedne baze podataka (*.Ddb) kao i njihov međusobni odnos i hijerarhiju. Najčešći tipovi dokumenata koje ćemo videti u Exploreru a pripadaju bazi podataka projekta su *.sch, *.pcb, *.net, *.lib...

• Radi na principu Windows Explorera (u glavnom prozoru je prikazan sadržaj koji odaberete u exploreru, isto je kretanje kroz fajlove, kopiranje i sl.).

• Klikom na ikonicu u gornjem levom uglu može da se sakrije ili ponovo prikaže površina Explorera.

Radno okruženje – Glavni Prozor (Design Window)

Igra višestruku ulogu: prikazuje sadržaj selektovanog foldera u Exploreru (slika 1.8), duplim klikom na dokument koji vas interesuje automatski otvara program specijalizovan za rad sa njim (slika 1.9). Glavni prozor je sada radni sto na kome možete imati gomilu otvorenih fajlova a da vam njihova organizacija i kretanje kroz njih uopšte ne predstavlja problem (za to služe tabovi ili u slučaju više otvorenih dokumenata strelice).

Slika 1.8. Prikaz sadržaja selektovanog foldera Slika 1.9. Duplim klikom otvaramo dokument i njegov program

Radno okruženje – Kontrol panel (Browse Sch)

Slika 1.10. Kontrol panel

Na slici 1.10. je prikazan Kontrol panel Šematik Editora koji: • se nalazi na kartici iza explorera. Pojavljuje se čim otvorite neki

dokument odnosno neki od alata Protela. • nema jedinstven izgled već zavisi od tipa otvorenog dokumenta. • je direktna veza korisnika sa dokumentom na kojem radi. • omogućava brz pristup komponentama. U gornjem delu (Browse) je lista aktivnih biblioteka, a klikom na taster

Add/Remove možemo dodavati ili brisati biblioteke sa spiska. Tasterom Browse se mogu pretraživati komponente u zadatoj

biblioteci, slika 1.11. Moguće je znajući deo imena komponente, korišćenjem opcije Filter (ili Mask) i džoker znakova * (zamenjuje više simbola) i ? (zamenjuje jedan simbol) u selektovanoj biblioteci pronaći traženu komponentu (npr. AN* za lakše pronalaženje simbola za antenu).

U srednjem delu su izlistane sve komponente selektovane biblioteke a ispod liste je grafički prikaz trenutno odabrane komponente.

Tasterom Place komponenta se može spustiti direktno u šemu. Ako se neka komponenta želi izmeniti u toku rada selektujemo je a

zatim kliknemo na taster Edit. Program se prebacuje direktno u Editor Biblioteka i postavlja komponentu u prvi plan nakon čega se unesu željene izmene.

Taster Find služi za pretragu komponenti u više biblioteka zadavanjem određene lokacije, slika 1.12.

Slika 1.11. Pretraga komponenti opcijom Browse Slika 1.12.Pretraga komponenti opcijom Find

Korak 5 – Učitavanje potrebnih biblioteka

Ako pogledajte skicu sa početka ove vežbe, slika 1.1, videćete da su vam za crtanje šeme potrebne samo 4 različite komponente:

• 9-to pinski konektor za serijsku vezu • Otpornik (2 komada) • 18-to pinsko DIP podnožje • Priključak za napajanje

Da biste komponente postavili na radnu površinu potrebno je u Kontrol panelu prvo učitati biblioteke u kojima se one nalaze. U ovom slučaju to je samo jedna biblioteka Miscellaneous.lib koja se nalazi u istoimenoj bazi podataka. Njena tačna lokacija je: C(ili D):\Program Files\Design Explorer 99SE\Library\Sch\Miscellaneous Devices.ddb

Ukoliko navedena biblioteka trenutno nije prisutna u spisku učitanih biblioteka, pratite sledeće korake da biste je učitali (slika 1.13):

1. Kliknite na Tab Browse Sch da biste prikazali Kontrol panel. 2. Kliknite na dugme Add/Remove. 3. U dijalog boksu koji se pojavljuje pronađite a zatim kliknite na traženu biblioteku da biste je označili (gornja

polovina prozora). 4. Kliknite na dugme Add i odluku potvrdite pritiskom na OK. 5. Sadržaj biblioteke je izlistan u levoj polovini ekrana.

Slika 1.13. Učitavanje potrebne biblioteke simbola


10

Korak 6 – Postavljanje komponenata

U ovom koraku je potrebno iz biblioteke uzeti odgovarajuće komponente (odosno njihove simbole) i rasporediti ih po radnoj površini. To možete uraditi na sledeće načine:

• Kada komponentu pronađete na spisku u Kontrol panelu kliknite na nju da biste je označili a zatim kliknite na taster Place. Time ste omogućili njeno ”prenošenje“ do radne površine u glavnom prozoru. Svakim sledećim pritiskom na levi taster miša u šemu će biti postavljena po jedna kopija komponente. Desnim tasterom miša prekidate ovu operaciju.

• Drugi način je dupli klik na komponentu i već je možete postaviti na šemu. Desnim tasterom miša prekidate operaciju.

Izmene “u letu”

Tasterima: Spacebar (prazan razmak), x, y i Tab, komponentu možete još u toku postavljanja da rotirate (Spacebar), preslikate kao lik u ogledalu (Flip Horizontal, “prevrni“ duž ose x – taster x, Flip Vertical, prevrni duž ose y – taster y) ili da joj izmenite atribute (oznaka, vrednost, futprint, boja itd.-Tab).

Postavljanje konektora

Simbol konektora serijske veze je pronađen u biblioteci simbola pod imenom DB9. Da bi na električnoj šemi imao istu orijentaciju kao i na skici, u toku postavljanja je “prevrnut” duž x- i y- ose (lik u ogledalu), slika 1.14.

Slika 1.14. Postavljanje konektora

Postavljanje otpornika

Od tri simbola za otpornik koji postoje u učitanoj biblioteci, odabran je tip koji ima oznaku RES2. U jednoj operaciji kopiranja postavljene su dve komponente jedna za drugom.

Slika 1.15. Postavljanje otpornika


11

Postavljanje podnožja za IC kolo

U Editoru PCB biblioteka postoji futprint (odnosno otisak komponente na PCB-u) za 18-to pinska IC kola (DIP 18) ali u Editoru Biblioteka Simbola nema simbola za odgovarajuće prazno podnožje. Zato je ovde izveden mali trik da bi se izbeglo pravljenje nove komponente. Iskorišćena je činjenica da računar simbole i odgovarajuće futprinte povezuje samo preko brojeva koji su pridruženi pinu (simbol komponente) odnosno padu (fotprint komponente). To omogućava da umesto komponente sa simbolom podnožja iskoristimo bilo koju komponentu sa 18 izvoda (u ovom slučaju to je konektor sa oznakom CON18, kao što je prikazano na slici 1.16).

Slika 1.16. Postavljanje 18-to pinskog konektora

Postavljanje priključka za napajanje

Priključak za napajanje se postavlja na isti način kao i prethodne komponente. Kao što se vidi na slici 1.17, u ovu svrhu je iskorišćen element pod nazivom CON2.

Slika 1.17. Postavljanje priključka za napajanje

Postavljanje simbola portova za napajanje

Iako nisu obavezni deo šeme, portovi za napajanje se veoma često koriste zato što znatno doprinose preglednosti dokumenta. Oni označavaju međusobno udaljene tačke u kolu koje su električno povezane (na istom potencijalu). U ovom primeru to su Power Port: VCC i GND. Kada odaberete odgovarajuću ikonu u Wiring Toolbar-u, pre nego što postavite Power Port, kliknite na taster Tab na tastaturi kako biste portu dodelili ime i atribute koji određuju njegov izgled. Pri postavljanju, portove, isto kao i ostale komponente, možete rotirati pomoću tastera Space. Mi ćemo kao simbol za VCC koristiti kružić (Circle), a kao simbol za GND liniju (Bar).


12

Slika 1.18. Postavljanje simbola portova za napajanje

Korak 7 – Crtanje veza

Povezivanje se vrši alatom Place Wire iz palete sa alatima Wiring Tools. Kada kliknete na ovu ikonu, kursor će promeniti oblik u krstić što znači da možete početi sa “ožičavanjem“.

Postavite kursor u polaznu tačku i kliknite levim tasterom miša. Time ćete započeti postavljanje jedne električne veze. Kada želite da promenite smer kretanja, ponovo kliknite na isti taster da biste “polomili“ liniju. Kada na ovaj način postavite i poslednji segment jedne veze, kliknite na desni taster da biste je prekinuli. Posle ovoga, alat za ožičavanje je i dalje aktivan tako da možete da nastavite sa povezivanjem drugih komponenata. Ako želite da prekinete proces električnog povezivanja komponenti skliknite još jednom na desni taster miša.

Prilikom povezivanja komponente žicom program sam signalizira korisniku gde je „topli“ kraj pina simbola komponente odnosno gde će se povezivanjem komponente i žice napraviti električni kontakt. U tom slučaju prevlačenjem žice preko pina simbola pojavljuje se krug u centru kursora. U tom trenutku završavate postavljanje žice.

Slika 1.19. Crtanje veza

U toku postavljanja veze

• Ako u toku povlačenja veze pritisnete taster Delete na tastaturi, biće obrisan poslednji pravolinijski segment. • Pritiskom na taster Spacebar možete da promenite način postavljanja veze. Ima ih nekoliko i najbolje je da

sami odaberete onaj koji vam odgovara.


13

Izmene na postavljenoj vezi (editovanje)

Kliknite na električnu vezu da biste je označili. Na vezi će se pojaviti markeri koji označavaju početak, kraj i mesta u kojima veza menja pravac.

• Kliknite na neki od njih i „odvucite“ ga na novu poziciju da bi vezi promenili oblik. • Kliknite na taster Delete na tastaturi da bi obrisali celu vezu. • Postavite kursor na slobodnu površinu pored veze i kliknite levim tasterom miša da bi uklonili markere i/ili

potvrdili eventualne izmene oblika.

Korak 8 – Označavanje komponenata

Povezivanjem postavljenih komponenti dobićete električnu šemu, slika 1.20. Da biste na osnovu električne šeme mogli da projektujete PCB, potrebno je, još u stadijumu crtanja šeme vašeg projekta, uneti sve podatke neophodne za:

• generisanje PCBa (što su futprintovi odnosno otisci komponenti na PCB-u - AXIAL0.4, RAD0.1...), • kupovinu komponenti (tip komponente ili njenu vrednost - 1kΩ, BC103, OP741,...), • preglednost šeme (redni broj tog tipa komponenti i sl. - R1, R2, C1, Q1...)

Drugim rečima potrebno je definisati atribute svih komponenti. U praksi, prilikom označavanja komponenti koristi se komanda Annotate (Tools Annotate). U ovom slučaju, kako se radi o svega 5 komponenti sve atribute unesite sami.

Kliknite dvaput levim tasterom miša na neku komponentu i popunite polja: • Footprint (kućište) • Designator (oznaka sa rednim brojem) • Part Type (vrednost)

Ovaj postupak ponovite za sve komponente, koristeći podatke iz tabele 1.

Slika 1.20. Menjanje atributa komponenti na gotovoj šemi

Upisivanje atributa

• Komponente se najčešće ne postavljaju iz originalnih biblioteka već se prethodno iskopiraju u posebnu biblioteku. U toj VAŠOJ biblioteci simbola se nalaze najčešće korišćene komponente, koje se tu pripreme za upotrebu (upišu potencijalni futprintovi komponente i njena oznaka) i tek tada koriste. Stoga te komponente već prilikom postavljanja u šemu imaju upisane obavezne atribute i preostaje vam samo da ih numerišete komandom Annotate.

• PCB Editor razlikuje komponente na osnovu kućišta (Footprint) i oznake (Designator). Zbog toga upisivanje vrednosti komponente u rubriku Part Type nije obavezno.

Komponenta Simbol Biblioteka

simbola Designator

(oznaka) Part Type (vrednost)

Footprint (kućište)

Biblioteka futprinta

Otpornik 1 RES2 Miscellaneous

Devices.lib R1 2K2 AXIAL0.4

PCB Footprints.lib


Devices.lib R2 22K AXIAL0.4

PCB Footprints.lib

Konektor DB9 Miscellaneous

Devices.lib K1 - DB9FL

D Type Connectors.lib

Podnožje CON18 Miscellaneous

Devices.lib IC - DIP18

PCB Footprints.lib

Napajanje CON2 Miscellaneous

Devices.lib PWR 5V RAD0.1

PCB Footprints.lib

Tabela 1. Korišćene komponente i njihovi atributi


14

Smisao naziva pojedinih futprintova

Pre svega, da kažemo par reči o jedinicama mere koje se koriste u Protelu. To su milimetri i mili (milsi). Šta je mil? To je skraćenica za mili inch odnosno hiljaditi deo inča.

1 inč = 1000 mil = 25,4 mm 100 mil = 2,54 mm 300 mil = 7,62 mm Zašto uopšte uvodimo nove jedinice kada nam je prirodno da računamo sve u milimetrima? Zato što je

udaljenost nožica svih standardnih komponenti data u umnošcima mila a ne umnošcima milimetara.Drugim rečima udaljenost padova (lemnog mesta komponente) u futprintu komponente se izražavaju u milima. Razlog za to je sledeći. Početni razvoj integrisanih elektronskih kola se odigrao u SAD-u gde su inči, stope, milje i sl. nasleđeni sistem jedinica. U momentu kada su postavljani standardi, narodi koji koriste taj sistem jedinica su na njih imali ključni uticaj.

Tipični fotprintovi se nalaze u biblioteci PCB Fooprints.lib koja se nalazi u bazi podataka Advpcb.ddb. Njena tačna lokacija je:

C(iliD):\Program Files\Design Explorer 99SE\Library\Pcb\Generic Footprints\Advpcb.ddb • Opcijom File Open otvorite Advpcb.ddb bazu podataka. Radni prostor Protela nakon otvaranja Advpcb.ddb je

prikazan na slici 1.21. Otvorili smo PCB biblioteku što se može videti u nazivu Kontrol Panela aktiviranog programa (Browse PCBLIB).

Slika 1.21. Radna površina biblioteke futprintova

U ovom slučaju Kontrol Panel prikazuje sve futprintove koji se nalaze u toj biblioteci (strelice

i vertikalna skrol linija omogućavaju šetanje kroz biblioteku futprintova). Polje Mask omogućava, ukoliko znate deo naziva futprinta, upotrebom džoker znakova * (zamenjuje više simbola) i ? (zamenjuje jedan simbol) brži pronalazak željenog futprinta. Dodatne opcije koje se nalaze u Kontrol Panelu PCB biblioteke su: promena imena futprinta (Rename), uklanjanje futprinta iz biblioteke (Remove), dodavanje futprinta u biblioteku (Add), postavljanje futprinta u neki PCB dokument (Place), lokalna izmena padova futprinta (Edit i Jump) i automatsko unošenje tih izmena u trenutno otvorenom PCB dokumentu (UpdatePCB).

U glavnom prozoru trenutno je prikazana selektovana komponenta, 96CON. • Futprint otpornika AXIAL0.4

Ukoliko u polje Mask upišete AXIAL0.4 (voditi računa o velikim i malim slovima u Protelu!!!) u listi komponenti će se naći samo taj futprint. Duplim klikom na naziv AXIAL0.4 se dobija slika ovog futprinta u glavnom prozoru. Ovaj futprint se najčešće koristi kao futprint otpornika. Deo naziva AXIAL pokazuje da je otpornik montiran aksijalno na štampanu ploču odnosno da je telo komponente paralelno sa pločom. Broj u nazivu nam daje do znanja da je udaljenost između lemnih tačaka (padova) 400 mil. Ako izmerite udaljenost između nožica standardnog otpornika (1/4W) primetićete da su to vrednosti udaljenosti između padova futpinta otpornika odnosno 400 mil. Standardnom otporniku takođe odgovara i AXIAL0.3 futprint ali je pri tom nožice otpornika potrebno saviti odmah nakon izlaska nožica iz tela otpornika podvrgavajući ih tako velikom mehaničkom naprezanju. Ovaj futprint otpornika koristite u slučaju da ne planirate da otpornik odlemljujete i pomerate a želite smanjiti površinu PCBa.

Pretraga


15

Slika 1.22.Aksijalni način montiranja otpornika Slika 1.23. Futprint AXIAL0.4

Bitno je pomenuti da su padovi futprinta komponente nacrtani u Multilejeru (MultiLayer), sloju sive boje koji povezuje sve slojeve PCBa. Padu je moguće promeniti (slika1.25): oblik (Shape-Round, Rectangle, Octagonal), dimenzije (X- i Y-size), veličinu rupe za nožicu komponente (Hole Size, rupa je na slici prikazana kao svetlo plavi krug unutar sivog prstena), lokaciju (X-Location, Y-Location). Bitno je primetiti da je u TopOverlay sloju (žutim) nacrtan oblik komponente koja treba da se zalemi između dva pada. Ukoliko tehnologija izrade PCB-a omogući štampanje Top Overlay sloja korisniku je omogućeno da vidi gde komponenta treba da se zalemi kao i da uoči koji je prostor zauzet od strane otpornika (3D).

• Futprint napajanja RAD0.1 Za razliku od aksijalnog, postoji i radijalni način postavljanja otpornika, što je ređi slučaj, ali se koristi onda

kada, zbog ograničenog prostora, moramo komponente gušće spakovati na štampanu ploču.

Slika 1.24a) otpornik b) konektor c) futprint

U našem slučaju, ne radi se o uspravno postavljenom otporniku, slika 1.24a, već o konektoru, slika 1.24b koji po defaultu ima futprint sa oznakom RAD0.1, slika 1.24c.

• Futprint 18 pinskog podnožja DIP18 Veliki broj integrisanih kola koristi futprint sa oznakom DIPx (Dual In-line Package), gde x označava broj

pinova, što može biti 4, 6, 8, 14, pa i preko 40. Ono što treba znati je na koji način su raspoređeni pinovi kod komponenti u DIP kućištu.

Slika 1.24. Atributi Pad-a Slika 1.25 Pinovi kućišta DIP18 Slika 1.26. Futprint DIP18

Na integrisanom kolu sa DIP kućištem postoji polukružni žleb koji nam pomaže da ga pravilno orijentišemo, slika 1.25. Bez obzira na broj pinova na kućištu, kada ga orijentišemo kao na slici, pin 1 je u gornjem levom uglu a


16

ostali su raspoređeni u smeru suprotnom od kretanja kazaljke na satu (counter-clockwise). U Protelu, kod DIPx futprinta, pin 1 je obeležen pravougaonim padom, slika 1.26.

• Futprint serijskog konektora DB9FL Slika 1.27. prikazuje futprint za ženski serijski konektor DB9.

Slika 1.27 Futprint DB9FL Slika 1.28. Kreiranje Net liste

Korak 9 – Kreiranje Net liste

Električna šema je gotova i sada na osnovu nje treba napraviti ploču sa štampanim vezama u PCB Editoru. Prvi korak u ovom poslu je kreiranje Net liste. To je poseban tekstualni dokument koji se formira na osnovu informacija unetih prilikom crtanja šeme u Šematik Editoru. Te informacije, neophodne za generisanje PCB-a, su sledeće:

• koji su futprintovi svake komponente i oznaka komponente (jer PCB Editoru ništa ne znači simbol komponente niti njena vrednost),

• kako su komponente međusobno povezane. Odaberite: Design Create Netlist

Ako su u dijalog boksu koji se pojavljuje odabrane opcije kao na slici 1.28, potvrdite odluku sa OK i Net lista će se automatski pojaviti kao novi dokument u sastavu projekta. Ovo je istovremeno i poslednje što je potrebno uraditi u Šematik Editoru. Zatvorite ga da bi radni prostor bio uredniji.

1.1.2. IZRADA PCB-a ZA PIC PROGRAMATOR

Korak 1- Kreiranje novog dokumenta u PCB Editoru

Do sada smo se bavili crtanjem šeme PIC programatora u Šematik Editoru (SHEMA.sch). Iz tog virtuelnog (šematskog) sveta neophodno je preći u svet fizičke predstave PIC programatora tj. PCB svet. Kako u istom fajlu nije moguće imati obe predstave vašeg projekta (šematik i PCB) neophodno je otvoriti novi dokument ali sada u PCB Editoru. Da biste napravili novi PCB dokument odaberite: File New PCB Document.

Slika 1.29. Kreiranje novog PCB dokumenta Slika 1.30. Preimenovanje novog dokumenta

Kao i u prethodnom slučaju, novom dokumentu dodelite neko prepoznatljivo ime (npr. PLOCICA) i zatim dva puta kliknite na ikonu da bi se u glavnom prozoru pojavila prazna radna površina. Ukoliko se PCB dokument otvorio odmah nakon pokrenute naredbe, promena njegovog imena je moguća nakon zatvaranja dokumenta (na ikonici PCB dokumenta pomoću desnog tastera na mišu i opcije Rename promenite ime željenog PCB dokumenta).

Korak 2. Učitavanje potrebnih biblioteka futprintova


17

Radna površina u PCB Editoru je prazna i spremna za unos podataka koji se nalaze u Net listi (mostu između Schematic Editora i PCB Editora). Da bi prilikom učitavanja Net liste u PCB dokument sve prošlo bez greške (All Macros Validated, odnosno da bi PCB Editor pronašao futprintove) neophodno je prije njenog učitavanja u PCB učiniti dostupnim sve biblioteke u kojima se nalaze futprintovi komponenti. Drugim rečima, biblioteke od interesa se moraju naći na listi Libraries u Browse PCB prozoru (Kontrol panelu). Ukoliko ovaj uslov nije ispunjen, kliknite na taster Add/Remove i potom dodajte potrebne biblioteke (slika 1.32). U slučaju PIC programatora, korišćeni su futprintovi iz dve biblioteke:

• PCB Footprints.lib (...\Pcb\GenericFootprints\Advpcb.ddb) • D Type Connectors.lib (...\Pcb\Connectors)

Slika 1.31. Prazna radna površina PCB editora Slika 1.32. Učitavanje potrebnih biblioteka

Drugi način za učitavanje potrebnih biblioteka je komandom Design Add/Remove Library.

Korak 3 - Učitavanje Net liste

Na redu je unos Net liste sa podacima bitnim za fizičku predstavu uređaja (međusobne veze između komponenti kao i njihovi futprintovi). Odaberite: Design Load Nets. Tasterom Browse označite Net listu (SHEMA.NET) i unesite je u rubriku Netlist File.

Slika 1.33. Učitavanje Net liste

Izveštaj o statusu koji se pritom pojavljuje ključan je za nastavak rada: • Ako Error kolona nije prazna: pročitajte uzrok greške, kliknite na taster Cancel, ispravite grešku na šemi i

ponovite postupak (ne zaboravite da napravite novu Net listu). • Prazna Error kolona i poruka All macros validated su siguran znak da ste na dobrom putu i da možete da

nastavite sa radom. Kliknite na taster Execute. Nakon učitavanja Net liste, program će po radnoj površini na samo rasporediti futprintove (odnosno otiske

komponenti na PCB-u) svih komponenti koje su korišćene u šemi već će i rastegljivim linijama označiti njihove međusobne električne veze.


18

Korak 4 – Razmeštanje komponenata i priprema za rutiranje

Slika u glavnom prozoru je električna šema uređaja u kojoj su simboli komponenata zamenjeni njihovim futprintovima, slika 1.35. Vaš zadatak je da ih rasporedite po površini buduće štampane ploče i da odredite pravila za njihovo povezivanje (rutiranje):

Podešavanje okruženja

Podesite radno okruženje, odnosno opcije kojima određujete šta će biti prikazano na ekranu i kako će se program ponašati u toku razmeštanja objekata. Izaberite opciju ToolsLibrary Options. Automatski se otvara prozor prikazan na slici 1.34. U kartici Options je moguće podesiti:

• tip grida (Visible Kind=Lines, Dots), • merne jedinice u kojima vam program saopštava neke od informacija (Measurement Unit=Imperial, Metric), • minimalno pomeranje komponenti duž x- i y- ose (ComponentX, Component Y) • minimalano pomeranje kursora tokom pomeranja i menjanja objekata i provodnih linija duž x- i y-ose (Snap X,

Snap Y), • selektovanje i definisanje veličine Electrical Grida omogućava postavljanje dodatne (električne) mreže koja će

omogućiti električno povezivanje komponenti čiji se pinovi ne nalaze na glavnoj mreži. • Promenite vrednosti Snap X, Snap Y, ComponentX, ComponentY sa 20mila na10mila.

Odaberite karticu Layers u prozoru Document Options, slika 1.34. U ovoj kartici se podešava: • vidljivost pojedinih slojeva (Signal Layers, Silkscreen, Other), • vidljivost sloja koji automatski, tokom rada, prikazuje grešku dizajniranja (DesignRuleCheck Errors), • vidljivost veza pojedinih komponenti (Connections), • vidljivost rupa na padovima i vijama. U ovoj kartici se podešava rezolucija vidljivih mreža 1 i 2 (Visible Grid1, Visible Grid 2). Promenite vrednost Visible Grid 1 sa 20mil na 100mil. Sa OK potvrdite promenu podataka.

Slika 1.34. Podešavanje opcija

Razmeštanje komponenata

Ne postoji neko posebno pravilo vezano za raspored osim što je potrebno paziti da se veze što manje ukrštaju. U konkretnom slučaju, konektor K1 mora da se nalazi na ivici PCB-a da bi mu se omogućio pristup. Da biste pomerili komponentu odaberite:

Edit Move Component (ili je jednostavno prevucite). U toku premeštanja, tasterima Spacebar, x i y možete komponentu da rotirate ili da je preslikate u odnosu na x ili

y osu.

Pravila za rutiranje

Kako je uređaj veoma jednostavan i nema ograničenja u dimenzijama koje može da nametne upotreba kućišta (kutije), uradićemo ga u tehnici jednoslojne štampe sa relativno širokim bakarnim vezama (30 mil).

U dijalogu: DesignRules na kartici Routing podesite sledeće opcije: • Width Constraint = 30 mil (širina električne veze na PCB-u), • Routing Layers Top Layer = Not Used (za povezivanje komponenti se ne koristi gornji bakarni sloj već

samo donji bakarni Bottom Layer sloj).


19

Postavljanje granične linije

Nakon što ste razmestili komponente i podesili pravila za njihovo povezivanje definišite oblast u kojoj će Protel umesto vas pokušati povezati komponente. U KeepOutLayeru postavite graničnu liniju.

Kliknite na tab u dnu ekrana da biste odabrali KeepOutLayer .

Alatom za crtanje linija definišite površinu proizvoljnog oblika koja obuhvata sve komponente, što je vidljivo kao ljubičasta boja na slici 1.36.

Slika 1.35. Neraspoređeni futprintovi Slika 1.36. Iscrtavanje granične linije

Korak 5 - Rutiranje

Vaš projekat je sada spreman za proces generisanja električnih veza između futprintova tzv. rutiranja. Odaberite: Auto Route All. U dijalogu koji se pojavljuje kliknite na taster Route All i sačekajte da program uradi svoj deo posla.

Slika 1.37. Rutiranje pomoću Autorutera

Program uglavnom rešava problem sa 100% uspeha već u prvom pokušaju ali ako iz nekog razloga niste zadovoljni izgledom PCB-a, pokušajte ponovo.

Odaberite: • Tools Un-Route All (uklanjanje svih pethodno postavljenih bakarnih veza) • Pomerite komponente koje su “nezgodno” postavljene • Ponovite rutiranje opcijom : Auto Route All

Korak 6 – Doterivanje izgleda PCB-a


20

Na kraju, kada budete zadovoljni rezultatom, možete da izvedete nekoliko zahvata iz „estetske hirurgije“ i da doradite sitne detalje na Trekovima (bakarnim linijama koje povezuju futprintove komponenti). U tu svrhu iskoristite komande Edit menija:

• Move Move • Move Drag • Move Break Track • Move Drag Track End

Slika 1.38. Jedno od mogućih krajnjih rešenja

Vaš prvi projekat je gotov. Naredni korak bi bio njegova realizacija u praksi. To podrazumeva izradu štampane ploče u domaćoj radinosti ili slanje projekta firmi koja se profesionalno bavi izradom štampanih ploča.


21

VEŽBA 2 – Bežični mikrofon

Prilikom izrade PIC programatora napravili smo folder E(ili F):\Projekti u kome ćemo sačuvati sve što je vezano za naš rad u Protelu. Sledeći korak je otvaranje nove baze podataka odnosno novog Protel projekta.

1.2.1. IZRADA ELEKTRIČNE ŠEME ZA BEŽIČNI MIKROFON

Korak 1 – Kreiranje novog projekta

Kliknite na: File New Design. Podesite sledeće opcije, kao na slici 1.39: • Design Storage Type: MS Access Database • Database File Name: fm mikrofon • Database location: E (iliF):\Projekti

Slika 1.39. Kreiranje novog projekta Slika 1.40. Kreiranje novog Šematik dokumenta

Korak 2 - Kreiranje novog dokumenta u Šematik Editoru

U okviru ovog projekta otvorite fajl u kome će biti nacrtana šema (slika 1.40). Kliknite na: File New Schematic Document.

Novom fajlu dodelite ime (npr. SHEMA) a zatim dvaput kliknite na njegovu ikonu. U desnoj polovini ekrana je sada prazna radna površina. Zumirajte je nekoliko puta pomoću tastera Page Up dok se u krupnom planu ne pojavi pomoćna mreža.

Slika 1.41. Prazna radna površina Šematik Editora

Korak 3 - Učitavanje potrebnih biblioteka

Kliknite na karticu (Tab) Browse Sch da biste prikazali Kontrol Panel. U njemu učitajte potrebne biblioteke simbola (Add/Remove...). Simboli svih komponenti osim LM358 se nalaze u C (ili D):\Program Files\Design Explorer 99SE\Library\Sch\Miscellaneous Devices.ddb. Potrebne simbole komponente ćete lako pronaći u selektovanoj biblioteci korišćenjem opcije Filter. U pretragu su uključeni džoker znaci (*,?) i početna slova naziva komponente na engleskom jeziku. Za mikrofon, engleski microphone, simbol ćemo pronaći nakon što u Filter polje ukucamo mic*, slika 1.42(a). Imamo dva pogotka: microphone 1 i microphone 2. Izabrali smo za crtanje u ovoj šemi npr. microphone2. U slučaju integrisanog kola LM358 (http://www.ortodoxism.ro/datasheets2/2/0474fapydds5e61p5h10ggyt1hky.pdf) situacija je nešto složenija, slika 1.42(b). Iako se u već pomenutoj biblioteci simbola (Miscellaneous Devices.lib) nalazi simbol za jedan operacioni pojačavač (Part1/1) on nam ne odgovara jer je LM358 integrisano kolo u čijem se kućištu nalaze dva operaciona pojačavača tj. dva operaciona pojačavača imaju JEDAN LM358 futprint. Zbog toga je potrebno opcijom Find pronaći biblioteku u kojoj se nalazi LM358, slika 1.42(c). Od pronađenih biblioteka odaberite i dodajte na spisak bazu podataka Protel DOS Schematic Libraries.ddb, slika 1.42(c). LM358 se nalazi u njenoj Protel DOS Schematic Operational Amplifiers.lib biblioteci. Selektujte je. U polje Filter upišite LM358, slika 1.42(d). Na ovaj


22

način ste pronašli integrisano kolo LM358 koje u svom sastavu ima dva operaciona pojačavača (Part1/2 i Part2/2).

Strelicama Part prošetajte se kroz LM358 integrisano kolo, slika 1.43. Ukoliko uporedite oznake pinova LM358 u datasheet-u, slika 1.42(b), i oznake pinova LM358 iz Protelove biblioteke, slika 1.43, uočićete slaganje oznaka i brojeva pinova integrisanog kola. Napajanje i masa (VCC i GND) se u šemi dovode samo na prvi operacioni pojačavač (Part 1/2) jer drugi operacioni pojačavač (Part 2/2) koji se nalazi u istom kućištu ima sa prvim OP zajedničko napajanje i masu.

(b) Raspored pinova kod LM358

(a) Nađena komponenta MICROPHONE2

(c) Traženje komponente LM358

(d) Nađena komponenta

LM358

Slika 1.42.

Slika 1.43. U kućištu komponente LM358 nalaze se dva operaciona pojačavača

Korak 4 – Crtanje šeme


23

Koristeći komponente iz Kontrol panela i potrebne alate Šematik Editora nacrtajte šemu. Nazivi simbola pojedinih komponenti kao i naziv biblioteke u kojoj se nalaze su vidljivi u Tabeli 2. U Tabeli 3 su date akcije koje je potrebno primeniti prilikom crtanja šeme.

Slika 1.44. Električna šema bežičnog mikrofona

Tabela 2. Korišćene komponente i njihovi atributi

Komponenta Simbol Biblioteka simbola Designator

(oznaka) PartType (vrednost)

Footprint (kućište)

Biblioteka futprinta

Otpornik 1, 2, 3, 4

RES2 Miscellaneous

Devices.lib R1, R2, R3, R4 4K7 AXIAL0.4

PCB Footprints.lib


Devices.lib R5 150K AXIAL0.4

PCB Footprints.lib


Devices.lib R6 220 AXIAL0.4

PCB Footprints.lib


Devices.lib R7 3K9 AXIAL0.4

PCB Footprints.lib


Devices.lib R8 100 AXIAL0.4

PCB Footprints.lib

Kondenzator elektrolitski 1

ELECTRO2 Miscellaneous

Devices.lib C1 22u RB.1/.2 Otisak.lib

Kondenzator 2, 3

CAP Miscellaneous

Devices.lib C2, C3 10n RAD0.2

PCB Footprints.lib

Kondenzator 4, 5, 6

CAP Miscellaneous

Devices.lib C4, C5, C6 1n RAD0.4C Otisak.lib

Kondenzator elektrolitski 7

ELECTRO2 Miscellaneous

Devices.lib C7 4u7 RB.1/.2 Otisak.lib

Kondenzator 8 CAP Miscellaneous

Devices.lib C8 33p RAD0.2

PCB Footprints.lib

Kondenzator 9 CAPVAR Miscellaneous

Devices.lib C9 5-60p VARC Otisak.lib

Baterija BATTERY Miscellaneous

Devices.lib BT1 9V RAD0.1

PCB Footprints.lib

Mikrofon MICRO-PHONE2

Miscellaneous Devices.lib

MK1 MIC EMIC Otisak.lib

Operacioni pojačavač

LM358

Protel DOS Schematic

Operational Amplifiers.lib

IC1 LM358 DIP8 PCB

Footprints.lib

NPN tranzistor NPN Simbol.lib T1 BC108 TO-18 PCB

Footprints.lib

Prigušnica INDUCTOR Miscellaneous

Devices.lib L1 L400 L400 Otisak.lib

Antena ANTENNA Miscellaneous

Devices.lib A1 ANTENA PAD Otisak.lib


24

Tabela 3. Operacije nad komponentama u toku crtanja šeme Slika 1.45. Numerisanje komponenata

Korak 5 – Numerisanje komponenata

Ako ste završili sa crtanjem, na redu je numerisanje komponenata. Najlakši i najsigurniji način da to izvedete pomoću komande Annotate: Tools Annotate (All parts), slika 1.45.

Korak 6 – Dodela futprintova komponentama

U Šematik Editoru morate pripremiti sve informacije neophodne tokom pravljenje PCBa. Jedan od obaveznih atributa komponente je futprint komponente. Izgled futprinta je u direktnoj vezi sa fizičkim 3D izgledom komponente (čija projekcija odgovara crtežu u Top Overlay sloju) i rastojanjem nožica komponente (što odgovara rastojanju pinova futprinta). Od komponenti potrebnih za realizaciju ovog projekta do sada smo se susreli samo sa standardnim otpornicima (AXIAL0.3, AXIAL0.4). Nove komponente su elektrolitski kondenzatori, promenljivi kondenzatori (varaktori), “obični kondenzatori“, mikrofon, antena, LM358, BC108 i kalem. Neophodno je sagledati fizičke dimenzije komponenti jer jedino na osnovu njihovih dimenzija možemo videti kako bi trebao da izgleda futprint odgovarajuće komponente.

BC108 (http://www.ic-on-line.cn/IOL_bc108/PdfView/1032796.htm)

Na osnovu datasheet-a npn tranzistora BC108 dobijene su osnovne informacije o fizičkim dimenzijama komponente, broju i značenju svakog pada futprinta, slika 1.46. Proizvođač je naveo da je kućište komponente TO-18.

(a) Realan izgled

(b) Simbol (c) Pogled odozdo

(d) Futprint (e) Pogled odozgo

(f) Fizičke dimenzije

Slika 1.46. Tranzistor BC108

OPERACIJA: PRIMENJENO NA KOMPONENTU:

KORIŠĆENO:

Simetrično preslikavanje duž x-ose (lik u ogledalu)

MIC Taster x u toku

premeštanja

Simetrično preslikavanje duž y-ose (lik u ogledalu)

LM358 Taster y u toku

premeštanja

Rotacija za 90 stepeni ... Taster Spacebar u toku premeštanja

Promena elemenata u okviru jedne komponente

LM358 Edit

Increment Part Number

1

2

3


25

Na raspolaganju nam je velik broj Protelovih biblioteka futprintova ali je za nas najinteresantnija biblioteka standarnih futprintova Fooprints.lib koja se nalazi u bazi podataka Advpcb.ddb na lokaciji

C(iliD):\Program Files\Design Explorer 99SE\Library\Pcb\Generic Footprints\Advpcb.ddb. Otvorite ovu bazu podataka opcijom FileOpen… Podesite izgled okruženja u Editoru PCB Biblioteka tako što ćete izabrati opciju ToolsLibrary Options. Promenite vrednosti Snap X, Snap Y, ComponentX, ComponentY sa 20mila na10mila. Promenite vrednost Visible Grid 1 sa 20mila na 100mila. Sa OK potvrdite promenu podataka.

Potrebno je proveriti da li se u PCB Footprints.lib nalazi ovaj futprint (opcijom Mask). Izgled pronađenog futprinta TO-18 je prikazan na slici 1.46(d). Bitno je naglasiti da je proizođač dao dimenzije komponente gledano odozdo i bočno dok futprint predstavlja pogled na komponentu odozgo. Neophodno je predstavu komponente koju je dao proizvođač, slika 1.46(c), transformisati u oblik pogodan za futprint, slika 1.46(e). Upoređivanjem futprinta i transformisanog tlocrta komponente uočavamo da su brojčane oznake na istim mestima, da je oblik isti, da je udaljenost padova ista (padovi su na kružnici prečnika 100mila=2.54mm=a), da je obim komponente između vrednosti za D i D1

isti. Jedina korekcija bi mogla biti veličina rupe na padu (veličina b=0.47mm u tablici) čija je vrednost 0.762mm. Razlika je procentualno velika ali kako je potrebna veća rupa od prečnika nožice da bi se komponenta bez oštećenja postavila na odgovarajuće mesto na PCBu možemo je prihvatiti.

Proveravamo da li je ekvivalencija između simbola i futprinta zadovoljena. Na osnovu podataka koje je dao proizvođač vidite kako su označeni pojedini padovi futprinta kao i koji je pad emitera (1), kolektora (3) i baze (2).

• Potrebno je proveriti da li se oznake na TO-18 slažu sa podacima koje je dao proizvođač. Sa slike 1.46(d) i 1.46(e) se vidi da su oznake padova identične.

• Sledeći korak je provera simbola komponente odnosno da li su na simbolu NPN tranzistora iste oznake kao na slici 1.46(b). Da bi to proverili moramo da se vratimo na šemu projekta na kojoj ćete duplim klikom na simbol NPN tranzistora otvoriti prozor sa atributima komponente, slika 1.47(a). Selektujte opciju Hidden Pins. Sa OK protvrdite promenu. Na simbolu komponente su se pojavile oznake pinova. Vidite da je broj koji odgovara bazi 1, emiteru 3 a kolektoru 2. IMAMO PROBLEM. Ukoliko ostavimo simbol ovakav kakav jeste kolo sigurno neće raditi jer će pobuda umesto na bazu biti povezana na emiter. MORAMO izmeniti oznake na simbolu. Zašto ne na futprintu? Generalno izmena može da se uradi i na TO-18 ali ne u Protelovoj biblioteci. Taktički bilo bi pametnije izmeniti simbol iz prostog razloga što su oznake TO-18 standard koji koristi ogroman broj proizvođača komponenti. Simbol NPN tranzistora ne možemo izmeniti na licu mesta, u šemi, već u biblioteci simbola komponenti. Pitanje je da li je zgodno menjati simbol u opštoj Protelovoj biblioteci (Miscellaneous Devices.lib) ili je bolje napraviti svoju ličnu biblioteku najčešće korišćenih simbola. Plan je sledeći: otvoriti biblioteku simbola, iskopirati odgovarajući simbol a zatim ga korigovati u skladu sa podacima dobijenim od proizvođača i izgleda upotrebljenog futprinta.

(a) Atributi (b) Simbol (c) Izmena pinova

Slika 1.47. BC 108 u Protelu

Odaberite opciju File New Design. Nova baza podataka se nalazi u folderu D(iliE):\Projekti pod nazivom Biblioteka.ddb. Opcijom File New sa spiska mogućih tipova dokumenata odaberite Schematic Library Document. Dodelite ime biblioteci simbola npr. Simbol.lib. Otvorite Kontrol Panel (Browse SchLib). Na spisku komponenti u biblioteci simbola se nalazi Component_1 odnosno prazan list u biblioteci simbola. Za početak iskopiraćemo simbol NPN tranzistora iz Miscellaneous Devices.lib u Simbol.lib. Da bi to uradili potrebno je da obe biblioteke budu otvorene.


26

Otvorite C(iliD):\Program Files\Design Explorer 99SE\Library\Sch\Miscellaneous Devices.ddb. U njenom Kontrol Panelu pronađite korišćenjem opcije Mask (npr.NPN*) simbol NPN tranzistora.U spisku komponenti selektujte NPN tranzistor (NPN, NPN DAR, NPN DIAC, NPN-PHOTO, NPN1). Desnim klikom na naziv NPN se otvara meni (Select all, Copy, Cut, Paste, Delete). Da bi iskopirali simbol NPN tranzistora odaberite naredbu Copy. Nakon toga iz Miscellaneous Devices.ddb biblioteke pređite u Kontrol Panel novootvorene biblioteke Simbol.lib. U prostor Kontrol Panela u kome se nalazi spisak komponenti desnim klikom aktivirajte već viđeni meni. Odaberite opciju Paste kojom kopirani simbol NPN tranzistora ubacujete u spisak komponenti biblioteke Simbol.lib, slika 1.47(c).

Trenutak je za korekciju oznaka pinova simbola NPN tranzistora. U donjem delu prozora Kontrol Panela naziva Pins mogu se videti oznake pinova simbola (baza označena brojem 1, kolektor brojem 2 a emiter brojem 3). Direktnim klikom na bazu simbola tranzistora u glavnom prozoru ili B(1) u Pins delu prozora se otvara prozor Pin u kojem je potrebno izmeniti sadržaj polja Number sa 1 na 2, slika 1.47(c). Istim postupkom promenite brojeve pinova kolektora (23) i emitera (31). Opcijom Update Schematic u Kontrol Panelu Simbol.lib se promena simbola direktno unosi u šematik koji je otvoren. Osim simbola NPN tranzistora ova biblioteka treba da sadrži simbole komponenti koje najčešće koristite.

LM358 (http://www.ortodoxism.ro/datasheets2/2/0474fapydds5e61p5h10ggyt1hky.pdf)

Izgled kućišta integrisanog kola LM358 kao i njegove osnovne dimenzije su date na slici 1.48. Na osnovu tabelarno datih podataka i šematskog prikaza kućišta može se videti:

• da su maksimalne dimenzije tela kućišta 400mila*260mila (Amax*Bmax=0.400inch *0.260inch) • da kućište ima 8 nožica međusobne udaljenosti 100mila i 300mila (G=0.1inch i L=0.3inch), maksimalne širine

nožice 20mila (Dmax=0.02inch> Jmax=0.012inch).

Slika 1.48. LM358 i njegove fizičke dimenzije

Pređite u Kontrol Panel editora PCB biblioteka (BrowsePCBLIB) PCB Footprints.lib. U polje Mask unesite DIP*. U spisku DIP* futprintova pronađite futprint DIP8, slika 1.49. Kućište čiji je futprint DIP8 ima 8 nožica kao i kućište LM358. Trenutno je vidljiva mreža 1 sa rastojanjem 100mil. Vidimo da je rastojanje padova futprinta (tj. nožica komponente) 100 mil i 300mil. Do sada su sve dimenzije i brojevi odgovarali definiciji futprinta LM358. Problem nastaje kada pogledamo dimenzije oblika u TopOverlay sloju (žuta zatvorena linija) koje su 400mil*200mil. Veličina od 200mil u slučaju LM358 kućišta može biti minimalno 240mil. Ova greška nije problematična jer je važniji podatak o međusobnom položaju padova (L=300inch i G=0.1inch, PRIMETITE da jedino ova dva parametra nemaju minimalnu i maksimalnu vrednost).

BITNO je naglasiti da je futprint predstava komponente u PCB Editoru dok je simbol predstava iste komponente u Šematik Editoru. Kao rezultat, oznake na simbolu i futprintu moraju da budu identične, npr. ako je minus ulaz jednog operacionog pojačavača (OP) označen brojem 2, slika 1.42(b) i slika 1.43, tada je broj 2 upisan na padu koji odgovara toj nožici na futprintu, slika 1.49.

Slika 1.49. DIP8

Elektrolitski kondenzatori C1, C7 (22uF i 4u7F)

Na slici 1.50. je prikazan izgled elektrolitskog kondenzatora. U slučaju komponente koju koristimo u ovoj vežbi, udaljenost između priključaka komponente je 100mil dok je prečnik osnove kućišta 200mil. U standardnoj biblioteci PCB Footprints.lib oznake kućišta kondenzatora počinju slovom “r“. U polju Mask Kontrol Panela ove biblioteke


27

upišite r*. Spisak futprintova je sledeći: RAD0.1, RAD0.2, RAD0.3, RAD0.4, RB.2/.4, RB.4/.8, RB.5/1.0. Opcijom Tools Library Options podesite raster vidljivog grida 1 na 100mil. Pogledajte oblike ovih futprintova. Za početak nas interesuje žuta linija u TopOverlay sloju koja prikazuje oblik komponente viđen odozgo. Gledajući samo oblik futprinta a ne njegove dimenzije (100mil, 200mil) vidite da kao potencijalni futprint našeg elektrolitskog kondenzatora ostaju RB.2/.4 (slika 1.50), RB.4/.8, RB.5/1.0. (pogled odozgo na našu komponentu je krug). U slučaju elektrolitskog kondenzatora nije svejedno kako je priključen u kolo. Na komponenti je uvek označen minus priključak kondenzatora (oznakom na kućištu i kraćom nožicom). Na futprintu je označen plus priključak komponente (žuti plus). Pogledajte detaljnije dimenzije RB.2/.4 futprinta. Vidi se da su padovi udaljeni 200mil=0.2inch dok je prečnik kružnice 400mil=0.4inch. Pogledajte oznaku futprinta, njegov naziv daje osnovne informacije o dimenzijama futprinta. Takođe, u skladu sa ovom terminologijom futprint koji nama treba bi se zvao npr. RB.1/.2 ali ga u spisku nema. Mogli bismo npr. da u ovoj biblioteci napravimo taj futprint ali bi ipak bilo bolje da napravimo svoju biblioteku futprintova u Biblioteka.ddb. Plan je sledeći: otvoriti biblioteku futprintova, iskopirati najsličniji futprint a zatim ga korigovati u skladu sa željenim dimenzijama.

Slika 1.50. (a) Elektrolitski kondenzator 0.47uF/50V (b) futprint RB.2/.4

Opcijom File New sa spiska mogućih tipova dokumenata odaberite PCB Library Document. Novi Dokument nazovite npr. otisak.lib. Biblioteka futprintova koju ste upravo otvorili, na spisku futprintova u Kontrol Panelu, sadrži futprint PCBKOMPONENT_1. Kada pogledate izgled ovog futprinta u glavnom prozoru uočavate da je površina prazan list odnosno da ne sadrži nijedan objekat. To je početna prazna površina papira za crtanje futprintova. Za sada PCBKOMPONENT_1 (dok je jedan jedini futprint) nije moguće obrisati. Međutim moguće je iskopirati već gotov futprint iz neke druge biblioteke futprintova. U trenutku kopiranja potrebno je da su otvorene obe biblioteke (iz koje se kopira i u koju se kopira). U našem slučaju to su PCB Footprints.lib i otisak.lib jer ćemo kao polaznu tačku za futprint elektrolitskog kondenzatora iskoristiti već nacrtan RB.2/.4 iz PCB Footprints.lib. Otvorite Kontrol Panel u PCB Footprints.lib. Selektujte komponentu RB.2/.4 u spisku futprintova. Desnim klikom na selektovan futprint otvara se meni (New, Copy, Paste, Rename, Delete). Odaberite opciju Copy. Pređite u Kontrol Panel biblioteke otisak.lib. Desnim klikom na prostor gdje bi trebao da se nalazi spisak komponenti u biblioteci ponovo otvorite već viđeni meni. Opcijom Paste u spisak ubacite RB.2/.4. Selektujte pad 1. Opcijom Drag&Drop (uhvati i prevuci) ga pomerite za 100mila ka padu 2 tako da je sada njihova međusobna udaljenost 100mila, slika 1.51(a). Duplim klikom na žuti krug u TopOverlay sloju aktivirajte Arc prozor, slika 1.51(b). U polju Radius upišite 100mil (prečnik = 200mila). Opcijom Drag&Drop oblikujte futprint elektrolitskog kondenzatora, slika 1.51(d). Desnim klikom na naziv RB.2/.4 u otisak.lib izmenite opcijom Rename naziv futprinta npr. u RB.1/.2. Selektujte PCBKOMPONENT_1. Desnim klikom odaberite opciju Delete. U spisku futprintova u biblioteci otisak.lib se nalazi samo RB.1/.2.

(a) Počinje se od futprinta RB.2/.4 (b) Podešavanje kruga

(c) Premeštanje padova

(d) Rezultat je RB.1/.2

Slika 1.51. Prepravljanje futprinta RB.2/.4 u RB.1/.2


28

Kondenzator C4, C5, C6 (0.001uF=1nF)

Na slici 1.52(a). je prikazan kondenzator vrednosti 1nF. Rastojanje između nožica komponente je 400mil. Dužina tela komponente je oko 700mil dok je širina komponente oko 250mil. U PCB Footprints.lib potražimo futprint koji bi odgovarao ovim zahtevima. U polju Mask Kontrol Panela pretražite ovu biblioteku sa r*. Spisak futprintova je sledeći: RAD0.1, RAD0.2, RAD0.3, RAD0.4, RB.2/.4, RB.4/.8, RB.5/1.0. Pogledajte oblike ovih futprintova. Po obliku ali ne po dimenzijama najsličniji su RAD0.1, RAD0.2, RAD0.3, RAD0.4. Najpribližniji traženom futprintu kondenzatora je futprint RAD0.4, slika 1.52(b). Plan je sledeći: u već postojeću biblioteku futprintova otisak.lib iskopirati RAD0.4, korigovati izgled futprinta u skladu sa željenim dimenzijama, promeniti mu ime u RAD0.4C.

Udaljenost padova je korektna (400mil) ali je oblik realne komponente veći (700mil*250mil u odnosu na 560mil*150mil). Objekte nacrtane u TopOverlay sloju korigovati uz pomoć opcije EditChange (ili dupli klik na liniju koju želite promeniti) nakon koje se otvara prozor Track, slika 1.52(c). Izmenite dužinu trake (koordinate početne ili krajnje tačke ili koordinate obe tačke). Korekciju veličine linija možete izvesti opcijom EditMoveDrag Track End. Rezultat je prikazan na slici 1.52(d). (Prilikom razvlačenja linija je potrebano da rezlucija pomeranja kursora bude što je moguće manja. Zbog toga opcijom ToolsLibary Options podesite Grid opcije na 1mil). Opcijom Rename promeniti naziv futprinta u RAD0.4C.

(a) Fizički izgled (b) Futprint RAD0.4 (c) Menjanje dužine linija (d) Futprint RAD0.4C

Slika 1.52. Kondenzator 1nF

Kondenzator C2, C3, C8 (0.01uF=10nF i 33p)

Na slici 1.53(a). je prikazan kondenzator vrednosti 10nF.Udaljenost između nožica je 200mila. Debljina kućišta ne prelazi 100mila. Plan je sledeći: otvoriti standardnu biblioteku futprintova, pronaći isti ili sličan futprint. Ukoliko je potrebno korigovati ga nakon kopiranja u biblioteku otisak.lib.

U PCB Footprints.lib i već poznatom spisku futprintova u (RAD0.1, RAD0.2...) ove zahteve ispunjava RAD0.2, slika 1.53(a).

Slika 1.53. (a) Kondenzator 10nF (b) Futprint RAD0.2

Prigušnica (zavojnica, kalem) L400

Na slici 1.54. je prikazan simbol prigušnice kao i njen fizički izgled. Udaljenost nožica komponente je 300mil dok je širina poprečnog presjeka 100mila. Vežbe radi napravimo potpuno novi futprint prigušnice naziva L400.

Opcijom ToolsNew Component ili desnim klikom u deo prozora BrowsePCBLib Components otvorite prazan list papira za novu komponentu – PCBCOMPONENT_1. Opcijom PlacePad nacrtajte dva pada na međusobnom rastojanju 300mil, slika 1.54(c). Za procenu međusobnog rastojanja koristite mrežu VisibleGrid1 čiju ste rezoluciju postavili na 100 mil. Duplim klikom na pad 0 otvorite prozor u kome se definišu karakteristike pada. Promenite sadržaj polja Designator sa 0 na 2 (jer brojevi na simbolu i futprintu MORAJU da se slažu), slika 1.54(c). U dnu Kontrol Panela pronađite opciju Current Layer. Promenite trenutni sloj u kome ćete crtati oblik komponente iz TopLayer sloja u TopOverlay sloj. Desnim klikom na radnu površinu otvara se meni (Place, Tools, View, Library, Options, Properties).


29

Opcijom PlaceTrack simbolički nacrtajte jedan namotaj kalema (kosu liniju) pomoću tastera Space kojim birate mod crtanja linije, slika 1.54(d). Prilikom crtanja segmenta koristite jedan levi klik je za promenu putanje linije, jedan desni klik za završetak linije a dva klika za izlazak iz moda crtanja linije. Selektujte nacrtanu kosu liniju selektovanjem površine (oblika pravougaonika) oko nje ili istovremenim aktiviranjem tastera Shift i levog klika mišem na komponentu. Nakon selektovanja boja selektovanog objekta se menja. Segment je spreman za manipulaciju. Opcijom Edit Copy (ili Crtl+c) iskopirajte kosu liniju klikom na nju. Opcijom EditPaste (ili Crtl+v) kursor se pretvara u plus koji drži iskopirani objekat. Postavite objekat na željeno mesto. Ponovite opciju EditPaste kako bi postavili još par simboličkih navojaka kalema, slika 1.54(e). Deselektujte objekte opcijom EditDeselectAll ili aktiviranjem

ikonice . Gotov futprint kalema je prikazan na slici 1.54(f). Opcijom Rename promenite naziv ovog futprinta u L400.

(a) Izgled (b) Simbol (c) Menjanje broja padovima

(d) Crtanje linije (e) Kopiranje linije (d) Gotov futprint

Slika 1.54. Kalem i crtanje futprinta za njega

Antena

Slika 1.55. Antena, simbol i futprint

Ukoliko pogledamo simbol antene u šematik editoru (uz uključenu opciju Hiden Pins na samom simbolu) vidimo da antena ima samo jedan pin odnosno da je njen futprint građen od jednog pada za koji će biti zalemljena

1

0

1

2

1


30

antena. Plan je sledeći: otvoriti biblioteku futprintova, napraviti novi futprint a zatim ga korigovati u skladu oznakama na simbolu.

U biblioteci otisak.lib otvorite Kontrol Panel. U delu Kontrol Panela u kome se nalazi spisak komponenti kliknite desnim tasterom miša. Otvara se meni (New, Copy, Paste, Rename, Delete). Odaberite opciju New. Pojavljuje se prazan list papira imena PCBCOMPONENT_1. U radnom prostoru je dovoljno postaviti jedan pad opcijom PlacePad. Kliknite 2 puta na pad kako bi se otvorilo prozor Pad u kome ćete promeniti atribut Designator sa 0 na 1, slika 1.55. Nakon što ste nacrtali futprint promenite mu ime u PAD opcijom Rename iz već viđenog menija.

Mikrofon (http://en.wikipedia.org/wiki/Electret_microphone)

Mikrofon tipa electret i simbol za mikrofon su prikazani na slici 1.56. Dimenzije kućišta bitne za izradu futprinta su sledeće: udaljenost nožica je 100mil, prečnik tela mikrofona je 400mil, što je vidljivo sa slike 1.56.

Plan je sledeći: otvoriti biblioteku futprintova otisak.lib, napraviti novi futprint a zatim ga korigovati u skladu oznakama na simbolu.

Slika 1.56. Mikrofon (a) Fizički izgled (b) Simbol (c) Futprint

U biblioteci otisak.lib otvorite Kontrol Panel. U delu Kontrol Panela u kome se nalazi spisak komponenti kliknite desnim tasterom miša. Otvara se meni (New, Copy, Paste, Rename, Delete). Odaberite opciju New. Pojavljuje se prazan list papira imena PCBCOMPONENT_1. U radnom prostoru postavite dva pada opcijom PlacePad na rastojanju 100mil. Koristite mrežu Visible Grid1=100mil za prostornu orijentaciju. Kliknite dva puta na pad kako bi se otvorilo prozor Pad. Promenite atribut Designator za padove kako bi brojevi na simbolu i padovima bili isti. Opcijom PlaceArc (Center) postavite krug oko padova. Krug je crvene boje jer je u Top Layeru. Kliknite 2x na krug kako bi se otvorio prozor Arc. U njemu promenite Layer sa TopLayer u TopOverlay. Ukoliko pogledate nožice na mikrofonu uočićete da je jedna vezana na kućište koje često ide na masu što je ovde slučaj. U našem slučaju, gledajući simbol komponente, to je pin 1. Opcijom PlaceTrack u blizini pada 2 nacrtajte znak +.Nakon što ste nacrtali futprint promenite mu ime u EMIC opcijom Rename iz već viđenog menija. Rezultat je prikazan na slici 1.56.

Promenljivi kondenzator C9 (Varaktor, 5-60p)

Na slici 1.57 je prikazan fizički izgled jednog promenljivog kondenzatora kao i njegov simbol. Ukoliko pogledate pažljivo sliku komponente vidite da komponenta ima tri nožice odnosno njen futprint ima tri pada. Ukoliko pogledamo simbol iste komponente vidite da postoje dva (za program bitna) pristupa. Ova razlika ne predstavlja nikakav problem jer su u slučaju ove komponente dve nožice kratko spojene i zaista imamo dva pristupa. Padovi leže na kružnici prečnika 300mil, slika 1.57(c), dok se pogled odozgo na komponentu može predstaviti kužnicom u TopOverlay sloju prečnika 400mil. Da bi vam crtanje bilo lakše promenite sa Tools Library Options VisibleGrid1 na 50mil. Padovi koji su dijametralno suprotni su u realnoj komponenti kratko spojeni. Kao rezultat moraju imati istu oznaku pada (Designator) koja se slaže sa brojem na simbolu komponente. U slučaju promenljivog kondenzatora nije bitno koja je nožica 1 a koja 2. Konačan izgled futprinta, naziva VARC (dodat string), je prikazan na slici 1.57(c).

Slika 1.57. (a) Fizički izgled


31

(b) Simbol

(c) Futprint

Slika 1.57.

Korak 7 – Dodela vrednosti komponentama

Iako to nije neophodno, dodela vrednosti komponentama je sledeći korak i to ćete morati da uradite za svaku komponentu pojedinačno ( na primer: dupli klik na R1 Part Type = 4K7). Kao i numerisanje, ovo možete da uradite u toku postavljanja ili premeštanja pritiskom na taster Tab.

Korak 8 – Kreiranje Net liste

Ako je sve na svom mestu preostaje vam da napravite Net listu: Design Create Netlist, slika 1.58. Time ste završili posao u Šematik Editoru. Na redu je izrada PCB-a.

1.2.2. IZRADA PCB-a ZA BEŽIČNI MIKROFON

Korak 1 - Kreiranje novog PCB dokumenta

U okviru projekta “FM MIKROFON” napravite PCB fajl: File New PCB Document, slika 1.59. Ikoni koja predstavlja novi fajl dodelite ime (u ovom slučaju FM.PCB) i dvaput kliknite na nju da bi se pojavila radna površina PCB Editora.

Slika 1.58. Kreiranje Net liste Slika 1.59. Kreiranje novog PCB dokumenta

Ako želite da proverite da li je sve pravilno podešeno, ovo je pravi trenutak za tako nešto (u tu svrhu možete da iskoristite tabelu koja se nalazi u prethodnom poglavlju). Pored toga, potrebno je da proverite listu aktivnih PCB biblioteka u kojoj moraju da se nalaze PCB Footprints.lib i Otisak.lib. (Komponentama u Šematik Editoru su dodeljeni futprintovi koji se nalaze u ovim bibliotekama).

Korak 2 – Učitavanje Net liste

Učitajte Net listu iyborom opcije Design = Load Nets. U dijalog boksu koji se pojavljuje kliknite na Browse i odaberite Net listu SHEMA.NET.

Prazna Error kolona je siguran znak da ništa ne nedostaje. Ako se pojavi greška, unesite potrebne izmene u električnoj šemi, napravite novu Net listu i ponovite postupak.

Ako je sve u redu, kliknite na taster Execute i pojaviće se komponente povezane rastegljivim linijama koje označavaju buduće veze.


32

Slika 1.60. Učitavanje Net liste

Korak 3 - Postavljanje granične linije

Linijama u KeepOut sloju iscrtajte ivice budućeg PCB-a. U ovom primeru nije predviđeno kućište za uređaj i pločica ima oblik pravougaonika. Ako niste sigurni koje će biti dimenzije konačne pločice, iscrtavanje ivica možete da odložite do početka rutiranja (ovaj proces zahteva postojanje ovakve granice).

Korak 4 - Raspoređivanje komponenata

Raspoređivanje komponenata je ključna faza u radu i od nje najviše zavisi krajnji izgled PCB-a. Za premeštanje se koristi postupak „povlačenja“ (klikni premesti spusti) ili komanda Edit Move Component (prečica – MC). Ako tragate za određenom komponentom uradite sledeće: posle komande Move Component kliknite na prikazanu radnu površinu. Sa spiska koji se pojavljuje odaberite komponentu i postavite je na željeno mesto.

U svakom slučaju, cilj razmeštanja je postizanje kompromisa: gusto i pravilno postavljeni elementi uz minimalnu dužinu i ukrštanje veza. Pored ovih, često moraju da budu zadovoljeni i drugi uslovi. U ovom primeru, pošto je radna frekvencija mikrofona oko 100 MHz, dodatni uslov je bio i izdvajanje stepena oscilatora (tranzistor sa pripadajućim elementima).

Na slici je prikazano jedno od mogućih rešenja koje zadovoljava postavljene uslove. Korišćene komande: • Move Component • Rotate (Spacebar) • Move to Grid • Select PCB Components (Šematik Editor)

Slika 1.61. Raspored komponenata Slika 1.62. Podešavanje Autorutera

Korak 5 – Rutiranje pomoću Autorutera


33

Došlo je vreme za rutiranje. Pošto mi radimo samo jednoslojnu štampu, isključićemo upotrebu gornjeg sloja (TopLayer), kako Auto-ruter ne bi pravio veze u oba sloja, već samo u donjem (BottomLayer). Odaberite: Design Rules, na Routing Tabu Routing Layers Properties isključite TopLayer (opcija Not Used).

Ako su sva ostala pravila podešena, (Design Rules), odaberite: Auto Route All Route All, slika 1.62.

Slika 1.63. Izrutirana pločica

Uz kratak izveštaj, pred vama će se ubrzo pojaviti PCB u konačnom obliku. Ako ste zadovoljni izgledom, možete nastaviti sa radom.

Ako Autoruter nije postigao uspeh 100% ili ako iz nekog drugog razloga niste zadovoljni rezultatom, uklonite bakarne veze (Tools Un-Route All), promenite raspored komponenata ili pravila za rutiranje i ponovite postupak.

Korak 6 – Postavljanje bakarnog poligona

Kada ponavljanjem prethodnog scenarija dođete do konačne verzije, komandama iz menija Edit Move (Move, Drag, Break Track...) popravite sitne nepravilnosti na vezama.

Potom treba postaviti bakarni poligon. U našem slučaju, bakarna površina koja štiti VF deo kola od spoljnih uticaja će biti postavljena samo u donjem sloju (BottomLayer) i biće povezana sa zajedničkom masom: GND-net. Odaberite: Place Polygon Plane i postavite sve kao na slici 1.64. Kliknite na OK i potom postavite poligon preko VF dela kola.

Slika 1.64. Dijalog boks Polygon Plane Slika 1.65. Bakarni poligon postavljen preko VF dela kola

Korak 7 – Podešavanje prikaza oznaka

Ako želite da na površini budu odštampane oznake i/ili vrednosti komponenata, omogućite njihovo prikazivanje (ukoliko već nisu prikazane) komandom: Tools Preferences Show/Hide Strings Final.

Na kraju, veličinu oznaka prilagodite veličini komponenata (u ovom primeru visina – Height = 35mil, debljina – Width =7mil.) i postavite ih na komponente kojima pripadaju. Selektujte komponente i onda odaberite:

Tools Interactive Placement Position Component Text


34

Slika 1.66. Podešavanje prikaza oznaka

Slika 1.67. Konačan izgled štampane pločice

Na kraju, možete videti i 3D prikaz vaše pločice, onako kako Protel pretpostavlja da će izgledati. Odaberite: View Board in 3D, slika 1.68.

Slika 1.68. 3D prikaz gotove pločice


35

GLAVA 2. MICROCAP

Programski paket MicroCap firme Spectrum Software nastao je devedesetih godina XX veka kao jedan od prvih programskih paketa za ispitivanje i simulaciju električnih kola, pri čemu se dato kolo želi samo ispitati i proveriti da li ispunjava željene karakteristike, a ne želi se obavezno i fizički načiniti. Izdato je nekoliko verzija ovog simulatora, trenutno je u opticaju verzija 9, dok ćemo se mi tokom ovog kursa pozabaviti verzijom 7. Više nego funkcionalan interfejs za rukovanje procesom koji omogućava vrlo pregledan i brz pristup svim važnijim funkcijama u programu svrstava ovaj program u sam vrh alata za simulaciju.

2.1. UVOD U PROGRAMSKI PAKET MICROCAP 7

Nakon startovanja programa Mcap 7 aktivira se editor šema, slika 2.1. Ako je prostor glavnog prozora prazan ili zauzet drugim projektom novi editor šema otvaramo sa File New. Izborom ove opcije otvara se prozor na slici 2.2.

Slika 2.1. Radno okruženje MicroCap-a

Slika 2.2. Izbor opcije New Slika 2.3. Neinvertujući pojačavač sa dodatnim komponentama

Radna površina

Osnovni elementi za rad

Osnovne komande za rad

M.Videnović-Mišić, D.Krstić INŽENJERSKI ALATI U ELEKTRONICI

Od tri ponuđene mogućnosti Schematic (otvaranje fajla koji omogućava šematski opis električnog kola), SPICE/Text (otvaranje fajla u kojem će se opisati električno kolo u tekstualnoj formi - NET lista koju je Protel automatski pravio će biti obavezan deo ovog fajla) i Library (kreiranje nove biblioteke modela komponenata) odabraćemo Schematic i potvrditi unos sa OK.

Pre nego što krenemo dalje pogledajmo električno kolo, prikazano na slici 2.3, koje bi trebalo nacrtati u MicroCap 7. Možemo primetiti da ovo električno kolo liči na neinvertujući pojačavač sa OP (ako pogledamo gde je priključen ulazni signal) što i jeste slučaj. Pojedine komponente su dodate kako bi se efekti u kojima se realan OP razlikuje od idealnog lakše uočili.

Da bi nacrtali neko električno kolo moramo znati gde se nalazi biblioteka komponenti koje ćemo tokom crtanja koristiti. MicroCap 7 ima meni pod nazivom Component. Ako ga otvorite, slika 2.4, možete uočiti tri dela. U prvom delu se nalaze biblioteke, u drugom delu se nalazi linija Find Component za lakše pronalaženje potrebne komponente dok se u trećem delu nalazi deset poslednjih komponenti koje ste prilikom crtanja koristili. Opcije Analog Primitives i Analog Library se razlikuju u tome što Analog Primitives predstavlja skup analognih komponenti čije osobine vi definišete prilikom postavljanja u električno kolo dok je Analog Library skup komercijalnih komponenti čije karakteristike daje proizvođač. Opcije Digital Primitives i Digital Library imaju isto značenje samo što se u njima nalaze digitalne komponente. U Animation se nalazi nekoliko komponenti koje omogućavaju interakciju između procesa simulacije i korisnika kao što su LED dioda, 7-segmentni displej i digitalni prekidač, slika 2.5.

Slika 2.4. Component Slika 2.5 Component Animation

Osim u meniju Component osnovne komponente se mogu naći u liniji sa alatima, zaokruženo na slici 2.1. To su masa, otpornik, kondenzator, kalem, dioda, bipolarni tranzistor, mosfet, OP, invertor, baterija, impulsni i sinusni

generator. Da bi izgled šeme bio pregledan uključite mrežicu na ekranu tasterom Iz linije sa alatima odaberite oznaku za OP. U modu ste crtanja OP-a. Kursor se automatski pretvara u simbol

OP. Postavite ga na radnu površinu. Automatski se otvara prozor koji traži da se definišu osobine OP (slika 2.6) Npr. interesuje nas LM741. To je osnovni OP čiji se model nalazi u sastavu biblioteke Mcap 7. U spisku modela

potražite LM741. Selektovanjem LM741 se automatski upisuje da je model OP koji je nacrtan tipa LM741. Parametri njegovog modela postaju automatski vidljivi. (Ovu istu komponentu ste mogli odabrati opcijom Component Analog Library Opamp LF0000 LM741 ).

Pređite na PART i promenite naziv komponente sa X0 na OP (slika 2.7) • Sa OK potvrdite vaš unos • Ukoliko niste zadovoljni nekim od parametara ili želite da se neke dodatne informacije vide na ekranu dovoljno

je dvaput kliknuti mišem na komponentu da se ponovo otvori prozor sa njenim osobinama. • MCap nekada sam dodaje napone napajanja OP, i to proprati odgovarajućom informacijom prikazanom na slici

2.8. Ukoliko se to nije desilo potrebno je da vi dodate baterije na odgovarajuće priključke OP prelaskom u mod za crtanja baterija - direktnim selektovanjem njihove ikonice iz linije alata ili izborom opcije Component Analog Primitives Waveform Sources Battery. Baterije su nam u ovom slučaju potrebne ne samo za napajanje OP već i za ulazni napon V

3 (V

1 i V

2 su već postavljeni kod OP) i V

OS bateriju koja modeluje naponski ofset OP startne vrednosti 0

(VALUE=0). Nakon dodatih baterija šema izgleda kao na slici 2.9.


37

Slika 2.6. Postavljanje OP-a

Slika 2.7. Izbor modela i promena naziva komponente

Slika 2.8. Info prozor o postavljenim napajanjima za OP

• Ukoliko nam položaj komponente ne odgovara i želimo da je zarotiramo selektujemo ciljanu komponentu i dok držimo levi taster miša pritisnut aktiviranjem desnog tastera miša rotiramo komponentu (alternativne metode su nakon selektovanja komponente odabrati opciju Edit Box Rotate ili odabrati ctrl+r kombinaciju na tastaturi).

• Vreme je da dodamo otpornike prelaskom u mod za crtanje otpornika - direktno biranjem odgovarajuće ikonice u liniji alata ili izborom opcije Component Analog Primitives Passive Components Resistor. Nakon

Part

Model koji želimo

Podešavanje OP

OP je postavljen na radnu površinu


38

postavljanja otpornika automatski se otvara prozor sa njegovim parametrima od kojih nas trenutno interesuju PART (u Protelu Designator) ime komponente u šemi i VALUE odnosno vrednost komponente. Vrednosti otpornosti i oznake postaviti u skladu sa vrednostima prikazanim na slici 2.3. Interesantno je primetiti da MCap7 izvršava automatsko indeksiranje odnosno smatra da postavljate otpornike redom odnosno R

1, R

2...

Slika 2.9. Etape crtanja šeme neinvertujućeg pojačavača sa OP

• Potrebno je postaviti masu. Aktiviranjem ikonice za uzemljenje ili Component Analog Primitives Connectors Ground prelazite u mod za postavljanje mase.

Slika 2.10. Etape crtanja šeme neinvertujućeg pojačavača sa OP

• Na kraju je to sve potrebno povezati biranjem ikone za ožičavanje (imamo dve ikone jednu za prave linije i jednu za izlomljene). Ožičavamo tako što odaberemo ikonicu i kliknemo (levo dugme miša) na kraj koji želimo ožičiti i ne puštajući dugme miša vučemo žicu do pina koji želimo povezati.

• Izborom tastera T iz linije sa alatima možemo označiti izlaz OP sa Vout

. Bateriji V3 možemo promeniti naziv

(PART) na Vin

. Izborom ikonice Node Numbers ili Options View Node Numbers možemo videti i oznake

čvorova, slika 2.10.

2.2. OSNOVNA LINEARNA KOLA SA OP

Prilikom osnovne analize električnih šema sa operacionim pojačavačem (OP) koristićete model idealnog OP koji poseduje sledeće osobine:

• Beskonačno veliku ulaznu otpornost Ru= ∞ (odnosno nulte ulazne struje).

• Nultu izlaznu otpornost Ri = 0.

• Beskonačno veliko diferencijalno pojačanje u OTVORENOJ petlji A = ∞. • Parametri idealnog OP nisu zavisni od učestanosti, odnosno imaju istu vrednost na svim frekvencijama. • Jednosmerne karakteristike su idealne. Faktor potiskivanja CMRR je beskonačan, ulazne struje, napon i struja

offseta su jednaki nuli. Simbol OP kao i njegova idealna prenosna karakteristika su prikazani na slici 2.11. Vidimo da iako OP ima dva

ulaza (V+

i V-) ulazni napon od interesa je upravo njihova razlika (V

+-V

-).


39

Ovakav način rada proističe iz unutrašnje strukture OP kome je na ulazu diferencijalni pojačavač, ali o tome na višoj godini i nekom drugom predmetu.

Slika 2.11. Simbol OP, test kolo za crtanje prenosne karakteristike OP, prenosna karakteristika idealnog OP

Sa prenosne karakteristike možete jasno videti tri segmenta. Dva horizontalna segmenta predstavljaju režim saturacije OP kada je izlaz OP dostigao najviši i najniži napon u električnom kolu odnosno napone napajanja (V

C=15V i

VE=-15V). Pojačanja nema odnosno A=0. Treći segment predstavlja linearnu oblast rada OP čija strmina upravo govori

o izuzetno velikom pojačanju OP u ovom segmentu, odnosno A→∞. Osnovna mana OP je vidljiva upravo na tom segmentu. Linearna oblast rada je izuzetno uska te moramo pribeći triku kako bi je proširili. Trik se zove negativna povratna sprega. Kad god vam zatreba da linearizujete kolo i da poboljšate sa tog stanovišta njegove performanse upotrebićete negativnu povratnu spregu. U slučaju OP negativna povratna sprega predstavlja povratnu spregu sa izlaza OP na invertujući ulaz OP V

-.

Kao posledica ove povratne sprege u linearnim kolima sa OP uvodimo pojam virtuelne mase odnosno virtuelnog potencijala kojeg možemo objasniti na sledeći način: izlazni napon je konačan (od V

E do V

C). Ako izlazni napon OP

podelimo sa pojačanjem OP A dobijamo vrednost (V+-V

-)=V

out/A=0 odnosno da su V

+ i V

- na istom potencijalu.

Znajući osnovna ograničenja i poboljšanja OP možemo prikazati osnovne konfiguracije linearnih električnih kola sa OP kao što su: invertujući pojačavač, neinvertujući pojačavač, diferencijalni pojačavač, bafer i instrumentaiconi pojačavač.

2.2.1. INVERTUJUĆI POJAČAVAČ

Na slici 2.12. je prikazana konfiguracija invertujućeg pojačavača. Kako je u pitanju kolo linearne elektronike neophodno je prisustvo negativne povratne sprege (ovde realizovane pomoću otpornika R

2).

Slika 2.12. Konfiguracija invertujućeg pojačavača sa OP

Pobudni napon Vs

je priključen na otpornik R1 koji je priključen na invertujući ulaz OP V-.

Neinvertujući ulaz OP V+

je priključen na masu.

Na osnovu principa virtuelne mase odnsono virtuelnog potencijala (Uul

=0) V+

i V-

su na istom (nultom)

potencijalu. Kao posledica toga vidimo da struja Ii koja teče kroz otpornik R

1 na njemu pravi pad napona vrednosti V

S =

R1 I

i odnosno I

i= V

S / R

1 Ova struja je veza ulaznog napona V

s i izlaznog napona V

o jer je to struja koja teče kroz otpornosti R

1 i R

2 (jer je

zbog velike ulazne otpornosti ulazna struja u OP nula, Iul

=0).


40

Na osnovu II Kirhofovog zakona za konturu A dobijamo da je :

Za invertujući pojačavač možemo da zaključimo da je sve u znaku minusa: naponsko pojačanje je negativno, a

ulazni signal je usmeren ka ulazu invertujućem ulazu V-.

Kao dodatak primetimo da je ulazna otpornost invertujućeg pojačavača koju vidi pobudni generator R1

(jer je V-

priključak na masi te VS

generator “vidi“ samo otpornost R1).

2.2.2. NEINVERTUJUĆI POJAČAVAČ

Kod neinvertujućeg pojačavača (pojačavač = linearno kolo = negativna povratna sprega) takođe postoji negativna povratna sprega realizovana pomoću otpornika R

2, pobudni generator je priključen na neivertujući ulaz OP,

slika 2.13.

Slika 2.13. Konfiguracija neinvertujućeg pojačavača sa OP

Kako je ulazna otpornost OP beskonačna ulazna struja u OP je Iul

=0, dok je kao posledica virtuelnog potencijala

napon VS=V

+=V

-=V

R1. Struja I

i teče kroz otpornike R

1 i R

2, odnosno V

o=I

i (R

1+R

2). Ova ista struja takođe formira pad

napona na otporniku R1 koji je jednak V

S odnosno V

S=R

1I

i.

Naponsko pojačanje je stoga:

odnosno:

Možemo da zaključimo da je kod neinvertujućeg pojačavača sve u znaku plusa odnoso da je njegovo naponsko

pojačanje pozitivno i da mu je ulazni napon priključen na V+

odnosno neinvertujući ulaz OP. Ulazna otpornost

pojačavača je ∞+R1 odnosno ∞.

Ako uporedimo ulazne otpornosti invertujućeg (R1) i neinvertujućeg pojačavača (∞) vidimo da je neinvertujući

pojačavač bolji, jer ne oterećuje električno kolo koje mu daje pobudni signal VS.

2.2.3. JEDINIČNI POJAČAVAČ

Ako u prethodnoj konfiguraciji zamenimo R1=∞ dobijamo električno kolo prikazano na slici 2.14. kod koga je vrednost naponskog pojačanja:

Osim jediničnog naponskog pojačanja specifičnosti ove konfiguracije su velika ulazna otpornost (ona potiče od

velike ulazne otpornosti OP) i mala izlazna otpornost (R2||R

out, gde je R

out izlazna otpornost OP koja je takođe mala).


41

Zbog toga ne bi trebalo da čudi što je alternativni naziv jediničnog pojačavača – bafer. U programiranju pojam bafera označava memoriju koja preuzima podatke od jednog procesa i daje ih nekom drugom procesu. Pri tome ne postoji nikakva veza između ova dva procesa tj. ne znaju za postojanje jedan drugog.

Slilka 2.14. Bafer ili jedinični pojačavač

U elektronskim kolima bafer služi kao odvojni stepen što je rezultat njegovih već navedenih performansi (AV=1,

Rul→∞, R

out→0). Sa velikom ulaznom otpornošću on može da se poveže na izlaz bilo kog kola, preuzme informaciju od

njega pri tome ga ne opterećujući (odnosno ne remeteći radni režim tog električnog kola). Preuzetu informaciju on idealno prosleđuje dalje, jer je njegova izlazna otpornost izuzetno mala (setite se da je

idealan generator predstavljen samo sa svojim simbolom, a da njegovu neidealnost predstavlja otpornost - što je ta otpornost veća to je veće odstupanje napona od njegove idealne vrednosti zbog pada napona na tom otporniku).

Ako pogledamo otpornik R2

u negativnoj povratnoj sprezi vidimo da kroz njega ne prolazi struja zbog

beskonačne ulazne otpornosti OP što znači da je on ovde nepotrebna komponenta tako da je konačna verzija bafera prikazana na slici 2.14.

2.2.4. DIFERENCIJALNI POJAČAVAČ

Električno kolo koje je prikazano na slici 2.15. je složenije od prethodna dva primera. Tokom rešavanja složenijih lineranih kola sa OP (pa i ovog) poslužićemo se znanjem iz osnova elektrotehnike (teorema superpozicije) i rezultatima prethodna dva slučaja (invertujući i neinvertujući pojačavač).

Interesuje nas kao i do sada kako izlazni napon Vo

zavisi od ulaznih napona V1

i V2. Prinicipom superpozicije

ćemo ovaj problem razbiti u dva jednostavnija: Vo kao funkcija V

1 (V

2=0) i V

o kao funkcija V

2.

Slika 2.15. Pojačavač razlike ulaznih napona odnosno diferencijalni pojačavač

Vo kao funkcija V1 (V2=0)

Konfiguracija sa slike 2.15. se zamenom V2=0 svodi na konfiguraciju prikazanu na slici 2.16. Nadam se da vam

je jasno da kroz otpornik R1||R

2 ne teče struja (zbog beskonačne ulazne otpornosti OP) te da je V

+ ulaz OP na masi

odnosno jednak nuli. Kako je V

1 ulazni napon koji je preko otpornika R

1 povezan na V

- ulaz OP trebalo bi da je jasno da je u pitanju

konfiguracija invertujućeg pojačavača prikazana na slici 2.12. sledi da je na osnovu formule


42

Slika 2.16. Vo kao funkcija V

1 (V

2=0) Slika 2.17. V

o kao funkcija V

2 (V

1=0)

Vo kao funkcija V2 (V1=0)

Konfiguracija sa slike 2.15. se zamenom V1=0 svodi na konfiguraciju prikazanu na slici 2.17. Ako uporedimo

sliku 2.17. i sliku 2.13. neinvertujućeg pojačavača možemo primetiti da je jedina razlika u položaju ulaznog napona. Da bi primenili formulu za naponsko pojačanje neinvertujućeg pojačavača neophodno je pronaći vrednost napona V

+ u

konfiguraciji prikazanoj na slici 2.17. Kako je ulazna otpornost OP beskonačno velika to struja koja teče iz pobudnog generatora V

2 prolazi samo kroz

otpornike R1

i R2

odnosno V2, R

1, R

2 i V

+ formiraju naponski razdelnik na osnovu koga lako vidimo da je vrednost

napona V+

sledećeg oblika:

Na osnovu formula je izlazni napon samo kao posledica ulaznog napona V

2 oblika:

Vo konačno

Primenom teoreme superpozicije i formula dobijamo zavisnost izlaznog napona od ulaznih naopona V1 i V

2:

Na osnovu prethodne formule je jasno zašto se ovaj pojačavač zove diferencijalni pojačavač odnosno pojačavač

razlike ulaznih napona.

2.3. ZADACI (UPOTREBA SIMULATORA MICROCAP 7)

MicroCap 7 kao i bilo koji drugi simulator štedi vreme i novac jer omogućava da se uređaj projektuje i analizira bez njegove materijalne realizacije. Prikazaćemo njegovu upotrebu na jednom vama već poznatom primeru.

1. Pokrenite Mcap 7 pomoću prečice na desktopu 2. Opcijom File Open, slika 2.18, otvorite fajl D:\Program Files\Mcap7\II godina\proba.cir. 3. Na slici 2.18(b) je prikazan izgled vašeg ekrana nakon otvaranja fajla proba.cir. Konfiguracija koja će biti

podvrgnuta analizi od strane MCap7 je instrumentacioni pojačavač. Na radnoj površini pored električnog kola koje predstavlja instrumentacioni pojačavač je ispisana zavisnost izlaza od ulaznih napona V

A i V

B. Na osnovu brojčanih

vrednosti otpornika dobijamo Vout

=10 (VA-V

B).

4. Da bi MCap iskoristili za dobijanje prenosne karakteristike odaberite opciju Analysis DC... 5. Automatski se otvara prozor u kome su već urađena potrebna podešavanja, slika 2.19. Nas interesuje kao i

uvek u slučaju pojačavačkih kola sa OP kakva je zavisnost Vout

(Y Expression) od razlike ulaznih napona (VB-V

A) (X

Expression).


43

Slika 2.18 (a) MicroCap7 prozor Open (b) otvoren fajl proba.cir

Slika 2.19. Prozor za podešavanje parametara DC analize

Slika 2.20. Rezultat DC analize

Na slici 2.20. je prikazan rezultat pokrenute analize. Da bi očitali podatke od interesa moramo preći u kursor mod klikom na 4. ikonicu u drugom redu sa leve strane (zaokružena na slici 2.20) ili tasterom F8 na tastaturi.

Nakon ulaska u mod za očitavanje podataka levim klikom miša postavimo levi kursor u linearni deo karakteristike. Isti postupak ponovimo za desni kursor sa desnim tasterom miša. Ispod grafika se nalaze podaci o lokacijama kursora, razlici njihovih međusobnih pozicija kao i o nagibu te promenljive u odnosu na x-osu.

Interesuje nas naponsko pojačanje koje predstavlja nagib linearnog dela prenosne karakteristike. Kako je nagib prave definisan kao:


44

pojačanje Av

bi mogli izračunati na osnovu podataka ispisanih ispod grafika. Jedno rešenje bi bilo da očitamo

vrednost za svaku tačku ponaosob i da oduzmemo x i y vrednosti za dve na grafiku selektovane tačke (na osnovu formule za k).

Bolji pristup je iskoristiti već izračunate razlike u delu Delta te je Av=14.652\1.465=9.999, ali najbolji iskoristiti

direktno opciju Slope koja nam direktno daje nagib Vout

u odnosu na VB-V

A vrednosti 9.999 što je u stvari naponsko

pojačanje AV.

Odstupanje od predviđene vrednosti (10 vs. 9.999) je malo i posledica je upotrebe realnog modela OP.

2.4. ANALIZE U MICROCAP 7

U MicroCap 7 električna šema nije naš konačan cilj. Od interesa su nam rezultati simulacija odnosno odgovarajućih analiza električnih kola. Analize koje su nam na raspolaganju se nalaze u meniju Analysis, slika 2.21. Osnovne analize koje ćemo koristiti tokom ovog kratkog kursa MicroCap-a su tranzijentna, AC i DC analiza.

Slika 2.21. Vrste analiza

2.4.1. DC ANALIZA

DC analiza odgovara jednoj tradicionalnoj laboratorijskoj analizi pri kojoj generatori priključeni na kolo daju samo jednosmerene vrednosti napona odnosno struje. Cilj analize je da se utvrde potencijali u čvorovima i struje u granama kola u slučaju takve pobude.

Ovo je drugim rečima slučaj analize kola pri kom su kondenzatori izvađeni iz kola, induktivnosti kratko spojene, nezavisni naizmenični naponski generatori kratko spojeni, a nezavisni strujni strujni izvađeni. Jednosmerni nezavisni izvori (strujni i naponski) ostaju, kao i svi zavisni izvori. To odgovara zapravo nalaženju tzv. radnih tačaka komponenata (i kao takvo mora prethoditi AC analizi).

Ipak, DC analiza ne služi samo za to. DC analiza ne znači obavezno apsolutno konstantne vrednosti ulaznih generatora. Za DC analizu važi i analiza pri kojoj se naponi generatora menjaju toliko sporo da struje odnosno naponi akumulacionih elemenata (induktivnosti i kapacitivnosti) mogu to da prate. Na ovaj način se obično snimaju prenosne karakteristike .

2.4.2. AC ANALIZA

AC režim analize odgovara takvom merenju pri kom potencijale čvorova i struje elemenata određuju jednosmerni generatori na koje je kolo priključeno i time postavljaju radne tačke svih elemenata kola. Pored njih na ulaz kola dodaje se i generator sinusnog talasnog oblika veoma male amplitude. Cilj AC analize je da se odredi kako ovaj generator utiče na struje i napone u svim delovima kola. Obično se pri tom analizira odnos amplituda i fazna razlika naizmeničnih komponenata napona ili struje na izlazu kola i napona ili struje ulaznog sinusnog generatora.

Mala amplituda ulaznog sinusnog napona neophodna je zbog toga što u elektronskom kolu ima nelinearnih elemenata. Da su amplitude veće, na izlaz kola bi dospeo nelinearno izobličen signal, odnosno pojavili bi se i viši harmonici ulaznog signala.

AC analiza se od stvarne laboratorijske analize razlikuje u tome što se analiza prilikom simulacije ne sprovodi na osnovu modela komponenata za sve signale (režim velikih signala) nego na osnovu linearnih modela za male signale. Njihovi parametri se određuju linearizacijom karakteristika nelinearnih komponenata u okolini radne tačke (utvrđene prethodnom DC analizom). Na taj način, između ulaznog i izlaznog signala postoji samo linearna zavisnost.

Rezultat analize obično daje odnos amplituda izlaznog i ulaznog signala ili njihovu faznu razliku. Pritom nas zanima kako se taj odnos i fazna razlika menjaju sa promenom frekvencije dok se amplituda i faza ulaznog signala ne menja.

Zato simulator prilikom AC analize ne vrši proračune samo na jednoj frekvenciji, nego na više frekvencija, obično od neke početne frekvencije do krajnje koje proizvoljno zadajemo. Na osnovu izračunatog odnosa amplituda i fazne razlike obično se crta Bodeov ili Nyquistov dijagram.


45

2.4.3. TRANZIJENTNA ANALIZA

Ova analiza odgovara jednom laboratorijskom instrumentalnom merenju kada su ulazni signali elektronskog kola nekakve funkcije vremena. Tokom analize utvrđujemo kakve se struje (naponi) javljaju u granama (čvorovima) kola kao odziv na pomenute ulazne signale.

Prilikom instrumentalnog merenja kao ulaz koristimo funkcijski generator, a kao uređaj za merenje koristimo osciloskop. Radi lakše uporedivosti odziva različitih kola i lakše ponovljivosti merenja, kao ulazni signal obično se koristi jedinična odskočna, nagibna ili impulsna funkcija. Kod simulatora njih dobijamo iz programljivih impulsnih generatora. Inače samo ime “tranzijentna analiza” upućuje na analizu prelaznih pojava u elektronskim kolima.

Rezime: Tranzijentna analiza nam kao izlazni rezultat daje promenu signala (od interesa) u vremenu. AC analiza nam prikazuje ponašanje amplitude i faze signala (od interesa) u zavisnosti od frekvencije. DC analiza nam kao rezultat daje prikaz struja, napona u mirnoj radnoj tački. Takođe je pogodna za prikaz

međusobne zavisnosti bilo koja dva signala odnosno dobijanje prenosnih karakteristika.

2.5. UTICAJI NA PRENOSNU KARAKTERISTIKU

2.5.1. UTICAJ NEIDALNOSTI OP NA PRENOSNU KARAKTERISTIKU OP

Za električno kolo koje smo nacrtali proanaliziraćemo uticaj parametara OP na prenosnu karakteristiku celog električnog kola, prikazanog na slici 2.10. Za to će nam biti potrebna DC analiza i dodatna opcija Stepping. Pre bilo kakve analize da pomenemo gde se nalaze parametri koji su nam u ovoj analizi interesantni.

Kliknite dva puta na simbol za OP u nacrtanoj električnoj šemi. Automatski se otvara prozor koji prikazuje osnovne parametre kao i nivo modela OP, slika 2.22.

Ako želimo da u električnoj šemi prilikom simulacija koristimo model idealnog OP tada je LEVEL=1 a parametri OP koji se prilikom proračuna uzimaju u obzir su A (pojačanje OP u otvorenoj petlji), ROUTDC (izlazna otpornost OP pri DC analizi), ROUTAC (izlazna otpornost pri AC analizi). Ako niste sigurni šta koja skraćenica parametra znači pokažite kursorom na njega i u dnu prozora će vam se dati njegovo kratko objašnjenje, slika 2.22. informacija za VOFF.

Slika 2.22. Parametri i nivo modela OP

Kad pravimo realan uređaj tad koristimo realne modele komponenti. Za OP ti modeli su trećeg nivoa odnosno LEVEL=3, kao što je prikazano na slici 2.22. Ovi modeli nastoje da što bolje prikažu realno ponašanje OP te uzimaju u obzir sve prikazane parametre (složeno ponašanje neophodno je opisati sa složenijim modelom sa više parametara).

Level

Type

Voff

Ioff


46

U našoj analizi želimo da pogledamo uticaj parametara VOFF

i IOFF

odnosno naponskog i strujnog ofseta. U

slučaju idealnog OP ti parametri bi bili jednaki nuli. Međutim kako je prlikom proizvodnje izuzetno teško napraviti komponente koje su potpuno potpuno iste (uparene) tada kao posledica te neuparenosti nastaje V

OFF i I

OFF različiti od

nule. MicroCap će nam prikazati kako se ta neidealnost odražava na prenosnu karakteristiku. Idealizujumo OP što

možemo više sa stanovišta neuparenosti odnosno upišimo VOFF

=0 i IOFF

=0.

• Odaberite Analysis DC. Automatski se otvara prozor, slika 2.23, u kome su za vas već postavljeni parametri analize.

• Za Variable 1 odnosno izvor koji se menja iz padajućeg menija ispod Name izaberite Vin

(jer želite da dobijete

prenosnu karakteristiku električnog kola). Unesite opseg promene od -50mV do 50mV sa korakom od 5mV. To sve je upisano u prozoru ispod Range.

• Za X Expression ostavite DCINPUT1 jer se to odnosi na Vin a u Y Expression polje unesite oznaku za izlazni čvor OP. Kliknite desnim klikom u to polje i pogledajte šta sve MCap može da prikaže (napon čvorova, napon, struje i snaga komponenti...), slika 2.24. Izlazni napon OP možete predstaviti na nekoliko načina: kao napon čvora na kojem stoji oznaka Vout odnosno V(Vout), kao napon čvora 6 odnosno V(6), slika 2.10. ili kao izlaz OP V

out (OP). Odlučite se

za varijantu koja vam odgovara.

Slika 2.23. Prozor za podešavanje DC analize

Slika 2.24. Izbor promenljivih za DC analizu u MicroCap7

2.5.2. UTICAJ Voff NA PRENOSNU KARAKTERISTIKU

Kliknite na taster Stepping. Automatski se otvara prozor prikazan na slici 2.25. Cilj nam je prikazati kako promena V

OFF utiče na prenosnu karakteristiku. Ukoliko menjate parametre komponente odnosno ukoliko je Parameter

Type postavljen na Component tada menjamo parametar jedne od više komponenti (u drugom slučaju Parameter Type- Model imamo manji izbor Step What). Zbog toga u prvo polje Step What sa padajuće liste biramo OP, a u drugom polju


47

VOFF. Da ne bi za svaku vrednost VOFF

menjali parametre OP i pokretali DC analizu elegantniji način je pozvati opciju

Stepping i u njoj uneti sve napone VOFF

od interesa.

Slika 2.25. Stepping prozor

Ukoliko je metod variranja parametra od interesa List tada u polje From uneti tu listi. Ukoliko je metod promene parametra linearan (što je najčešći slučaj) tada u polje From uneti vrednost -1m u To vrednost 1m i u Step Value vrednost 1m, kao što je prikazano na slici 2.26. Potvrdite aktivnost Stepping prozora u polju Step It=Yes. Na ovaj način smo podesili da se V

OFF parametar OP menja od -1mV do 1mV sa korakom od 1mV.

Slika 2.26. Stepping prozor

• Pokrenite DC analizu tasterom F2 sa tastature ili aktiviranjem ikonice sa linije alata. Rezultat analize je prikazan na slici 2.27. Sva tri prethodno navedena segmenta su prisutna. Linearna oblast je proširena što je posledica negativne povratne sprege.

• Na grafiku su vidljive tri prenosne karakteristike nacrtane za tri različita napona VOFF

• U modu ste za reskaliranje (u koji eventualno možete ući sa F7 ili ikonicom u liniji alata). Zaokružite oblast oko koordinatnog početka koja nas interesuje.

• Uđite u kursor mod kako bi očitali podatke koji nas interesuju. Situacija bi trebala nakon ovih akcija biti kao na slici 2.28.

• Primećujemo da je trenutno aktivna donja prava pri kojoj je vrednost VOFF=-1mV što je vidljivo iz zaglavlja grafika PRVI.CIR OP.VOFF=-1m.

• Promena karakteristike se može postići strelicama gore/dole sa tastature. Prebacite se na karakteristiku V

OFF=0mV. Karakteristika teži električnom kolu sa idealnim OP odnosno prolasku kroz koordinatni početak.


48

Slika 2.27. Prenosna karakteristika električnog kola prikazanog na slici 2.10. pri promeni napona V

OFF OP od -1mV do

1mV sa korakom 1mV

Slika 2.28. Uvećan deo karakteristika u okolini koordinatnog početka

• Postavite kursor na poziciju X=0 da vidite da li je efekat neuparenosti komponenti prisutan. To u kursor modu možete odraditi ručno ali je daleko elegantnija opcija sa ikonicom odnosno Go To X (Shift+Ctrl+X ). Automatski se otvara rozor prikazan na slici 2.29. Pored ikonice za Go To X se nalazi opcija Go to Y ( ili Shift+Ctrl+Y) koju ste takođe mogli upotrebiti da proverite gde je koordinatni početak u odnosu na prenosnu karakteristiku, slika 2.30. U prozor Value upišite vrednost za koju vas interesuje Y odnosno X vrednost signala (očitano postavljanjem levog odnosno desnog kursora).


49

Slika 2.29. Go To X opcija Slika 2.30. Go To Y opcija

• Sa Go To X smo očitali koordinate (0, 0.010) što znači da ofset odnosno neuparenost još uvek postoji. Osim V

OFF i I

OFF i drugi parametri OP utiču na pomeraj preseka sa nulom karakteristike iz koordinatnog početka.

• Proverimo gde je Y=0 za preostale dve krive. Povežite te podatke sa vrednostima VOFF

. Kako je okrenuta

baterija koja se nalazi sakrivena unutar OP simbola na V+

grani? Da li se dodaje Vin

ili od njega oduzima? Pogledajte

gde se nalazi presek karakteristike sa x-osom odnosno kolika je vrednost Vin

neophodna da neutrališe uticaj VOFF

odnosno kada OP smatra da je na ulazu napon nula. (Odgovor: Vin

+VOFF

jer je za VOFF

=-1m presek sa x-osom pri

Vin

=1mV)

2.5.3. UTICAJ Vos NA PRENOSNU KARAKTERISTIKU

Aktivirajte prozor Stepping (sa F11 ili iz DC analysis prozora ili sa ikonicom iz linije menija). Deaktivirajte promenu V

OFF napona sa Step It=No. Pređite na drugi prazan prozor i popunite podatke za V

OS kao na slici 2.31.

Slika 2.31. Stepping funkcija za analizu uticaja V

OS na prenosnu k-ku

• Pokrenite DC analizu tasterom F2 sa tastature ili aktiviranjem ikonice sa linije alata. • Za sva tri napona pogledajte gde se nalazi presek karakteristike sa x-osom. • Procenite da li je vaš zaključak iz prethodne analize OK.

2.5.4. UTICAJ R1 (IBIAS) NA PRENOSNU KARAKTERISTIKU

Aktivirajte prozor Stepping. Deaktivirajte promenu VOS

napona sa Step It=No. Pređite na drugi prazan prozor i

popunite podatke za otpornost R1 kao na slici 2.32.

Slika 2.32. Stepping funkcija za analizu uticaja R

1 na prenosnu k-ku


50

• Pokrenite DC analizu. • Uvećajte deo oko koordinatnog početka i uđite u kursor mod za očitavanje podataka. Šta bi sada mogao biti

uzrok ovog pomeraja kada su VOFF

, VOS

i IOFF

postavljeni na nulu? Treba primetiti da se promenom otpornika R1

menja

situacija u električnom kolu što znači da kroz R1

teče struja. U slučaju idealnog OP smo smatrali da je ulazna otpornost

beskonačna i da je ulazna struja nula. U slučaju realnog OP to nije slučaj. Struja koja teče kroz R1

je struja polarizacije

IBIAS

. Promenom IBIAS

u šemi OP pogledajte kako se menja položaj preseka sa x-osom.

2.5.5. KONFIGURACIJA INVERTUJUĆEG POJAČAVAČA SA OP

• Otvorite novi šematik fajl u vašem direktorijumu (npr. invpoj.cir *.cir as circuit). • Nacrtajte električno kolo prikazano na slici 2.33(a). Ukoliko MicroCap7 nije automatski dodato napajanje na

mestu VE

i VC

dodajte baterije od -15 odnosno 15V.

• Za model OP izaberite već korišćeni LM741. Ne menjajte njegove k-ke. • Pokrenite DC analizu. • Popunite prozor za DC analizu na način prikazan na slici 2.33(b). • Rezultat analize je prikazan na slici 2.34.

Slika2.33. (a) Invertujući pojačavač sa OP naponskog pojačanja A

v=-R

2/R

1

(b) Prozor za definisanje DC analize

Slika 2.34. Prenosna karakteristika invertujućeg pojačavača prikazanog na slici 2.33(a)


51

• Kolike su granice linearnog režima rada ovog pojačavača? Kako do njih doći bez očitavanja sa grafika? (R: ±13,947/9,999).

• Zamenite bateriju Vin

na ulazu pojačavača sinusnim generatorom Vin

. Modifikovana šema je prikazana na slici

2.35, dok je polazni model sinusnog generatora (npr. 1MHZ) prikazan na slici 2.36(a). Ukoliko neki od parametara ponuđenog modela ne odgovaraju zgodno je definisati novi model sinusnog generatora opcijom New (naziva npr. IIGOD). Promenu frekvencije sinusnog generatora sa 1MEGHz (vodite računa da MCap kao SPICE orjentisan program nije CASE SENSITIVE odnosno mHz i MHz je za njega miliHz, a za mega koristimo oznaku Meg) na 10MHz unosite u polje F, slika 2.36(b). U polje A se unosi vrednost amplitude sinusnog generatora, u DC jednosmerna vrednost generatora, PH fazni pomeraj signala, RS otpornost koja opisuje neidealnost sinusnog generatora.

• TAU (exponential time constant) i RP (repetion period of exponential) imaju veze sa prigušenim sinusoidama što je jasnije iz načina na koji MCap definiše sinusni generator:

if TAU=0 then V=A*sin(2*PI*F*TIME+PH)+DC else V=A*exp(-T/TAU)*sin(2*PI*F*TIME+PH)+DC where T=TIME mod RP RP must be specified for TAU to have an effect.

Slika 2.35. Invertujući pojačavač

Slika 2.36 (a) Prozor MCap modela sin generatora 1MHz (b) prozor modela sin generatora IIgod

Odaberite opciju Analysis Transient. Automatski se otvara prozor za podešavanje parametara analize. Popunite polja u skladu sa slikom 2.37.

Interesuje nas promena pobudnog (čvor 3) i izlaznog signala (čvor 5) u vremenu. Ta podešavanja se unose u polja Y Expression. Grafici za ove signale su različiti što se vidi ispod polja P (od Plot).

Kako je pobudni signal frekvencije 1kHz bilo bi dobro sagledati u nekoliko perioda ponašanje celog pojačavača sa OP. Perioda pobudnog signala je 1/kHz=1msec. Kao Time Range je odabrano 10m kako bi se videlo 10 perioda pobudnog signala. Opcija Auto Scale Ranges je uključena.

Opcijom Run pokrenite analizu. Aktivirajte ikonicu Data points. Na signalima koji su rezultat tranzijentne analize, prikazano na slici 2.38(a), pogledajte gde se nalaze tačke koje je proračunao MicroCap.

• Sinusni generator ne deluje kao sinus jer je gruba promena između njegovih “susednih” tačaka. Problem leži u vrednosti Maximum Time Step-a.

• Definisanje Maximum Time Step-a koje pronalazite korišćenjem opcije Help Contents Index Maximume Time Step Transient Analysis Limits dialog box.


52

Slika 2.37. Prozor u kome se podešavaju parametri tranzijentne analize

Slika 2.38(a) Rezultati tranzijentne analize za kolo prikazano na slici 2.35. za difolt vrednost Maximum Time Step-a

Slika 2.38(b) Rezultati tranzijentne analize za kolo sa slike 2.35. za korigovanu vrednost Maximum Time Step-a

Maximum Time Step: This field specifies a maximum time step for the run. Micro-Cap will choose as large a time step as possible,

consistent with maintaining the specified error tolerance, RELTOL. Error tolerance is primarily determined by monitoring the time rate of change of the charge and flux. For circuits containing capacitance or inductance, the time step control routine will eventually increase the time step to the specified Maximum Time Step value. By selecting a


53

small Maximum Time Step value, more data points are produced and hence smoother waveforms are generated. This does not necessarily imply greater accuracy, just smoother waveforms. Accuracy is controlled by the internal LTE (Local Truncation Error) time step control algorithms. The default value for Maximum Time Step is (tmax-tmin)/50.

• Difolt vrednost u ovom slučaju je 10m/50=0.2m. Iako nije unesena u prozor Maximum Time Step ona se

podrazumeva. (Ako ne verujete unesite videćete da promene u rasporedu i broju izračunatih tačaka nema) • Trebalo bi nam bar 5-10 puta više tačaka odnosno vrednost Maximum Time Step-a treba podesiti na bar 0.04m.

Promenite vrednost ovog parametra i ponovo pokrenite tranzijentnu analizu. Rezultati su prikazani na slici 2.38(b). • Isključite opciju Data points. • Da li je kolo linearno? Na osnovu čega ste to mogli i ranije proceniti? • Opcijom Stepping promenite vrednost amplitude A sinusnog generatora IIgod kako bi proverili svoja zapažanja

(npr. slika 2.39).

Slika 2.39. Promena amplitude sinusnog generatora

2.6. POJAČAVAČKA KOLA

U praksi je veoma čest slučaj da korisni signal promenljive amplitude i polariteta treba pojačati. Pod pojačanjem se, matematički gledano, podrazumeva množenje signala konstantom većom od jedan. To znači da se vremenska zavisnost signala ne menja, već samo veličina njegove amplitude. U ovakvom konceptu pojačanja podrazumeva se linearnost pojačavačkog kola. Tranzistor pokazuje pojačavačka svojstva, jer male promene bazne struje izazivaju h

fe

puta veće promene kolektorske struje. Interesantno nam je pojačavačko kolo poznato pod nazivom stepen sa zajedničkim emiterom, slika 2.40, koje

ćemo analizirati pomoću MC7. Ako pogledamo prikazano električno kolo vidimo da je pobuda na bazi, a potrošač na kolektoru, odnosno da je emiter zajednička elektroda za ulaz i izlaz. Odatle i naziv pojačavačkog kola - stepen sa zajedničkim emiterom.

Slika 2.40. Stepen sa zajedničkim emiterom

Pomoću jednosmernih baterija i otpornika bipolarni tranzistor se polariše postavljanjem mirne radne tačke u željeni položaj u polju statičkih karakteristika. Time se tranzistor postavlja u aktivni režim rada u kome ima približno linearne karakteristike i pokazuje pojačavačka svojstva. Na vežbama iz Uvoda u Elektroniku ste proračunavali položaj mirne radne tačke Q. Mi ćemo ponoviti taj proračun kako bi nakon simulacija u MC7 mogli uporediti rezultate.

2.6.1. POLOŽAJ MIRNE RADNE TAČKE STEPENA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM

Za kolo prikazano na slici 2.40. odrediti položaj mirne radne tačke Q ako su dati podaci: V

CC=30V, Rg=1k, R

1=43k, R

2=110k, Re=500Ω, Rp=2k, Rc=1k, hfe

tip=290, hfe

min=200, hfe

max=450, V

BE=0,6V

Da bi odredili položaj mirne radne tačke moramo proračunati odgovarajuće napone i struje u režimu u kome su prisutne samo jednosmerne pobude (DC =Direct Current). To je DC režim rada.


54

U DC režimu naizmenični izvori ne postoje te ih izbacimo ako su prisutni u polaznoj šemi, slika 2.40. Naizmenični strujni izvor zamenimo prekidom (strujni izvor 5mA sin(ωt) izbacimo tako što ga svedemo na 0A čije ponašanje opisuje prekid) a naizmenični naponski izvor kratkim spojem (naponski izvor 5mV sin(ωt) izbacimo tako što ga svedemo na 0V čije ponašanje opisuje kratak spoj). Osim naizmeničnih izvora problematični su i elementi čije se ponašanje menja u zavisnosti od frekvencije signala u električnom kolu kao što su kondenzator i kalem.

Podsetimo se modula impedanse kondenzatora |ZC| i kalema |Z

L|:

|ZC|=1/ωC

|ZL|=ωL.

Iz formula se vidi promena modula impedanse kondenzatora i kalema sa promenom frekvencije. U DC režimu je frekvencija nula. Vrednost modula impedansi kalema i kondenzatora u DC režimu je tada |Z

L|=0 i |Z

C|=∞.

Na osnovu Omovog zakona pišemo: |Z|=|U/I| gde je U napon na impedansi Z, a I struja koja teče kroz impedansu Z. Možemo zaključiti da je kalem u DC režimu modelovan kratkim spojem jer je |Z

L|=|U/I|=0 odnosno U=0 što je napon

na krajevima kratkog spoja. Razmislimo kako bi do ovog zaključka mogli doći na osnovu znanja iz Osnova Elektrotehnike. Komponente kao

što su kalem i transformator postoje jedino u slučaju prisutnog promenljivog elektromagnetnog polja. Ako tog polja nema (samo konstantne pobude, nema dinamike u električnom kolu) kalem će se svesti na ono što zaista jeste, a to je komad žice (da budemo precizniji namotan komad žice odnosno kratak spoj.

U DC režimu je kondenzator modelovan prekidom. Moduo impedanse konenzatora je |ZC|=∞=|U/I| i struja I koja

teče kroz kondenzator je nula kao što je slučaj kod prekida. Kako smo do istog zaključka mogli doći na osnovu znanja iz Osnova Elektrotehnike? Šta se dešava sa

kondenzatorom u DC režimu. Struja teče samo u jednom smeru. Kondenzator se nakon izvesnog vremena napuni (naelektrisanjem) i kroz njega više ne teče struja. Zaključujemo da je u DC režimu kondenzator zamenjen prekidom.

Kondenzatori i kalemovi su akumulacioni elementi koji akumulišu energiju. Kondenzator akumuliše energiju u DC režimu pa se stoga može njegovo ponašanje modelovati prekidom jer na sebe preuzima svu energiju i prekida strujni tok u grani u kojoj se nalazi.

Nakon što se u električnom kolu pojačavača prikazanog na slici 2.40. izvrše potrebne izmene specifične za DC režim rada dobijamo električnu šemu, prikazanu na slici 2.41. Ukoliko na linearan deo kola (R

1, R

2, V

CC) primenimo

Tevenenovu teoremu tada je električno kolo dodatno pojednostavljeno, prikazano na slici 2.42. Vrednosti Tevenovih ekvivalenata su dobijene na osnovu formula:

odnosno:

Slika 2.41. Električno kolo pojačavača koje se koristi prilikom DC analize

Slika 2.42. Električno kolo koje se koristi prilikom DC analize nakon primenjene Tevenonove teoreme

Pretpostavite da je bipolaran tranzistor u aktivnom režimu. U tom slučaju za njega važe sledeće jednačine: I

C=h

feI

B i V

BE=0.6. Ove jednačine predstavljaju model bipolarnog tranzistora i da bi važile moraju se zadovoljiti

određeni uslovi: VCE

>0.2 i IB>0.


55

Ako primenite II Kirhofov zakon u konturi I dobijate sledeću jednačinu:

Pod pretpostavkom da je bipolaran tranzistor u aktivnom režimu, na osnovu prethodne jednačine dobijate

vrednost bazne struje IB:

Ukoliko primenite II Kirhofov zakon u konturi II dobijate sledeću jednačinu:

Proveravamo da li je tranzistor zaista u aktivnom režimu odnosno treba proveriti uslove važenja modela (tj. da li

ste dobro pretpostavili i da li ste zaista u tom režimu i da li će vrednosti koje proračunate zaista biti vrednosti koje bi se dobile u realnom kolu) odnosno V

CC>V

CE>0,2 i I

B>0.

Iz rezultata formula vidimo da je bipolarni tranzistor zaista u aktivnom režimu. Tek sada izračunavate preostale napone i struje potrebne za određivanje položaja mirne radne tačke.

Na osnovu gore navedene pretpostavke i jednačina dobijate vrednost struje kolektora:

Mirna radna tačka na ulaznom delu karakteristike je Q (VBE

=0.6, IB=44.38µ).

Mirna radna tačka na izlaznom delu karakteristike je Q (VCE

=10.69, IC=12.87m).

2.6.2. AC ANALIZA STEPENA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM

Nakon što je urađena DC analiza pojačavača trebalo bi da se proračunaju parametri AC analize odnosno parametri koji karakterišu pojačavač u bliskoj okolini mirne radne tačke Q. Naizmenični signali (AC=Alteranting Current) su izuzetno mali tako da se radna tačka kreće po malom linearnom segmentu globalno nelinearne karakteristike bipolarnog tranzistora. Na ovaj način je jedini neliearni element stepena sa zajedničkim emiterom (što je bipolaran tranzistor) u okolini mirne radne tačke linearizovan i predstavljen modelom prikazanim na slici 2.43.

Slika 2.43. Model malih signala za bipolaran tranzistor

Odrediti AC parametre stepena sa zajedničkim emiterom kao što su naponsko pojačanje Av, ulazna R

i i izlazna

otpornost Ro ako je hfe=290. Pojačavač je prikazan na slici 2.40, a brojčani podaci su isti kao i za DC analizu.

Zašto je neophodno pre AC anlaize odrediti položaj mirne radne tačke Q odnosno uraditi DC analizu električnog kola od interesa? Zato što nam ona daje podatke o mirnoj radnoj tački oko koje se radna tačka pojačavača kreće. Ti podaci su u AC model bipolarnog tranzistora ugrađeni preko h

ie=V

T/I

BQ= hfeV

T/I

CQ gdje je V

T termički napon vrednosti

25.6mV na sobnoj temperaturi a IBQ

i ICQ

bazna i kolektorska struja u mirnoj radnoj tački Q. Grubo gledano ako želimo

da kao rezultat AC analize dobijemo vrednost pojedinih parametara iz električne malosignalne šeme svi delovi električnog kola (pa i h

ie) nam moraju biti poznati.

Pre nego nacrtamo šemu stepena sa zajedničkim emiterom u AC režimu pogledajmo šta se dešava sa komponentama. U AC režimu su u kolu samo naizmenični signali što znači da jednosmerni izvori nisu dopušteni u šemi odnosno naponski izvor je zamenjen kratkim spojem dok je strujni izvor zamenjen prekidom (istom logikom kao i ranije). Šta se dešava sa frekvencijski zavisnim komponentama kao što su kalem i kondenzator. Posmatraćemo situaciju u kojoj je frekvencija izuzetno velika. To nije uvek slučaj ali mi posmatramo krajnji kako bi pojednostavili prikaz kalema i kondenzatora. Taj nivo rešavanja električnih kola je prilagođen II godini studija.

Moduo impedanse kondenzatora je u tom slučaju |ZC|=1/ωC =1/2πfC=1/∞=0=u/i. Možemo zaključiti da je napon

na kondenzatoru nula odnosno da je kondenzator u AC režimu zamenjen kratkim spojem. Kondenzator akumuliše


56

energiju u jednosmernom režimu dok u naizmeničnom ukoliko su frekvencije velike ne može stići da se prilagodi promeni pobudnog signala. Kao rezultat, kondenzator promenljiv signal propušta ka ostatku kola.

Da bi vam ova tvrdnja bila jasnija prisetite se jednačine iz Osnova Elektrotehnike,

gde je C kapacitivnost kondenzatora, u

C napon na krajevima kondenzatora, i

C struja koja teče kroz kondenzator.

Diferencijal u jednačini govori da je nagla promena napona uC

na krajevima moguća samo u slučaju velikih

struja koje teku kroz njega. Želimo da u prelaznim procesima teku što manje struje kako bi potrošnja bila što manja. Stoga je velika struja kroz kondenzator odnosno velike promene napona na kondenzator u kratkom vremenskom intervalu rezultat havarije (a vrlo retko projektantove želje).

Moduo impedanse kalema je |ZL|=ωL =2πfL=∞=u/i, odnosno kroz kalem teče nulta naizmenična struja.Kalem u

AC režimu zamenjujemo prekidom. Do istog zaključka ste mogli doći na sledeći način. Kalem je komponenta koja je nešto više od komada žice samo u naizmeničnom režimu. U tom režimu kalem akumuliše energiju. Šta kalem govori ostatku kola: ja akumulišem i u sebe preuzimam svu AC energiju. U grani sa kalemom ne teče naizmenična struja jer se on opire promeni struje (Osnove Elektrotehnike)

pa ga u AC režimu rada zamenjujemo prekidom (jer je AC struja nula) ukoliko je prisutan u kolu. Ukoliko uvedemo sve gore navedene izmjene malosignalna šema za stepen sa zajedničkim emiterom je

prikazana na slici 2.44. Otpornosti R1.2=R1||R2, Rpc=Rp||Rc.

Slika 2.44. Ekvivalentna šema za male signale stepena sa zajedničkim emiterom

Primenom Tevenenove teoreme (na deo obeležen osenčenim kvadratom) možemo dodatno pojednostaviti šemu, slika 2.45. Izrazi za odgovarajuće Tevenenove ekvivalente su:

Slika 2.45. Ekvivalentna šema za male signale stepena sa zajedničkim emiterom nakon primene Tevenenove teoreme

Određivanje naponskog pojačanja celog električnog kola Av=vo/vg

Ako želimo naći naponsko pojačanje tada je potrebno naći odnos izlanog napona vo

i pobudnog generatora vg

odnosno Av=v

o/v

g . Na osnovu konture I izlazni napon je oblika:


57

Na osnovu II Kirhofovog zakon primenjenog na ulazni deo ekvivalentne šema za male signale prikazane na slici 2.45. dobijamo izraz za struju baze i

b prvo kao funkciju napona v

gt a nakon toga kao funkciju pobudnog generatora v

g.

Zamenom prve formule u drugu dobijamo vezu izlaznog i ulaznog napona:

Jednostavnim sređivanjem prethodne jednačine dobijamo izraz za naponsko pojačanje:

gde je

Određivanje ulazne otpornosti pojačavačkog stepena Ri

Ulazna otpornost pojačavača Ri je otpornost koja se „vidi” na fizičkom ulazu pojačavačkog stepena, na slici 97. i slici 98. Ukoliko je očitavamo nakon komponenti v

g i R

g, ulazna otpornost je Ri=R

1.2||hie≈hie. Ukoliko ulaznu otpornost

očitavamo nakon generatora vgt

tada je ona oblika Ri=Rgt+hie=Rg||R

1||R

2+hie≈hie.

Određivanje izlazne otpornosti pojačavačkog stepena Ro

Izlazna otpornost pojačavačkog stepena Ro je otpornost koju vidi potrošač Rp priključen na izlaz pojačavačkog kola. Nepoznata otpornost R

o se određuje na osnovu Omovog zakona (odnosa napona i struje). Kako je u pitanju

linearno kolo na taj način Ro

se određuje kao Tevenenov ekvivalent otpornosti. Svi nezavisni izvori su isključeni

(naponski izvori KS a strujni izvori zamenjeni prekidom) jer bi u protivnom dobili pogrešnu infomaciju o naponu i struji od interesa. Strujni izvor h

feib

zavisi od bazne struje ib

i kao takav ne podleže eliminaciji iz električnog kola pri

proračunu Tevenenovog ekvivalenta. Šema za proračun izlazne otpornosti sa test generatrom je prikazana na slici 2.46.

Slika 2.46. Malosignalna šema stepena sa zajedničkim emiterom pri proračunu izlazne otpornosti pojačavačkog

stepena

Izlaznu otpornost pojačavačkog stepena definišemo na sledeći način:

Zadatak bismo mogli pojednostaviti ukoliko pogledamo koliku otpornost vidi test generator v

t . Po njemu je

izlazna otpornost pojačavačkog stepena,

gde je R

Y otpornost paralelno vezana otporniku R

C, označena na slici 2.46.


58

Slika 2.47 Malosignalna šema potrebna prilikom određivanja otpornosti R

Y

Problem izlazne otpornosti pojačavačkog stepena se svodi na problem određivanja RY. Malosignalno kolo u

kojem pokušavamo odrediti Tevenenov ekvivalent otpornosti je jednostavnije, prikazano na slici 2.47. Na osnovu vrednosti napona test generatora v

Y i struje koja teče kroz test generator i

Y primenom Omovog zakona dobijamo vrednost

otpornosti

Očigledno je

Što se tiče napona v

Y nemoguće je naći konturu u kojoj bi on bio jedini nepoznat napon.

Primenom II Kirhofovog zakona u konturi I dobijamo

gde je v

ce napon na strujom kontrolisanom strujnom generatoru. Napon v

ce je nepoznata veličina koja se ne može

izračunati ni iz jedne druge konture što se može videti ako primenite II Kirhofov zakon u konturi II.

Napon v

bc je nepoznata veličina kao i v

Y (za struju baze i

b smatramo da je pomoćna promenljiva). Ponovo imamo

jednu jednačinu a dve nepoznate ne možemo vY

eksplicitno izraziti kao funkciju ib.

Primenom II Kirhofovog i Omovog zakona u konturi III dobijamo

Proizvod dva broja jednak je nuli ako je bar jedan član proizvoda jednak nuli. Kako su otpornosti u kolu

pozitivne veličine tada je

Na ovaj način smo dobili da je izlazna otpornost pojačavačkog kola R

C.

Na osnovu znanja Osnova Elektrotehnike smo mogli zaključiti isto na sledeći način. Ako pogledamo model malih signala bipolarnog tranzistora, slika 2.43, možemo primetiti da je model unilatelaran. Tok signala u modelu je s leva na desno odnosno nema povratnog uticaja kolektorsko-emiterskog dela modela bipolarnog tranzistora na bazno emiterski pn-spoj. Ako pogledamo malosignalnu šemu prikazanu na slici 2.46. možemo primetiti da je eliminisanjem pobudnog nezavisnog generatora v

g eliminisan (u ovom električnom kolu) jedini mogući izvor struje i

b odnosno da je

ib=0.

Sledi da je hfe

ib=0 što u malosignalnoj šemi modelujemo prekidom. Možemo zaključiti da test generator v

t vidi

otpornost RC||∞= R

C.


59

2.6.3. MICROCAP ANALIZA STEPENA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM

Stepen sa zajedničkim emiterom

Nacrtati šemu stepena sa zajedničkim emiterom prikazanim na slici 2.48. Prilikom crtanja komponenti unesite njihove vrednosti, navedene na šemi. Naknadni unos i izmena parametara komponenti je moguća otvaranjem prozora sa karakteristikama komponente duplim klikom na komponentu. Prilikom povezivanja komponenti vodite računa o položaju čvorova.

Slika 2.48. Jednostepeni pojačavač sa zajedničkim emitorom

Opcijom New napravite novi model NPN tranzistora naziva Personal u kome je potrebno uneti vrednost parametra BF (Forward Beta)=290 jer je taj parametar upravo h

fe.

Za model sinusnog generatora odaberite 1MHz. Promenite naziv generatora u vg.

Definisanje parametara tranzijentne analize

Pokrenite tranzijentnu analizu izborom opcije Analysis Transient ili Alt+1. Automatski se otvara prozor na slici 2.49.

Upisati vrednosti za vremenski opseg tranzijentne analize (Time Range), maksimalni korak (Maximum Time Step) i temperaturu (Temperature), slika 2.49. Vrednost maksimalnog koraka (1n) ne sme biti ni suviše velika (oblik signala koji se prikazuje je grub) niti suviše mala (opterećuje resurse dodeljene MC7 tj. proračun i crtanje grafika može oduzeti previše vremena).

Slika 2.49. Prozor u kome se podešavaju parametri tranzijente analize

Opcijom Run Options definišete da li je vaša simulacija sačuvana na disk. Run Options Normal izvršava simulaciju bez njenog čuvanja na disku. Run Options Save izvršava simulaciju uz njeno čuvanje na disku (*.TSA). Run Options Retrieve učitava prethodno sačuvanu simulaciju (*.TSA) kao da je to nova simulacija.

Promenljive stanja (State Variables) su inicijalno postavljene na nulu. Aktiviranjem tastera F12 automatski se otvara prozor State Variables Editora u kome se nalaze vrednosti promenljivih stanja (naponi čvorova, struje kalemova...). Promena promenljivih stanja se može posmatrati tokom trajanja tranzijentne analize. State Variables Read učitava prethodno sačuvane vrednosti promenljivih stanja (sačuvano opcijom Write u State Variables Editoru, *.TOP). Opcijom State Variables Leave promenljive stanja zadržavaju poslednje vrednosti. Ako prvi put pokrećemo simulaciju tada su vrednosti promenljivih stanja nule. Ako ste završili analizu bez povratka u Schematic Editor tada su to vrednosti dobijene na kraju analize. U slučaju da smo odabrali opciju Operating Point Only tada su vrednosti promenljivih stanja upravo vrednosti u mirnoj radnoj tački Q.


60

DC režim

Selektovana opcija Operating Point omogućava određivanje napona i struja u mirnoj radnoj tački. Kao polazna osnova se koriste inicijalne promenljive stanja. Proračunavaju se nove promenljive stanja kao odgovor električnog kola na sve pobude u T=0. Ova opcija omogućava MC7 da proračuna polaznu tačku za tranzijentnu analizu.

Selektovana opcija Operating Point Only omogućava samo proračun položaja mirne radne tačke. Tranzijentna analiza nije urađena. Rezultat ove analize se vidi u State Variables Editoru, slika 2.50(a), ili povratkom u Schematic Editor selektovanjem ikonice Node Voltages iz linije sa alatima, slika 2.50(b). Da bi mogli uporediti ove dve slike selektujte ikonicu Node Numbers iz linije sa alatima kako bi oznake čvorova postale vidljive.

Slika 2.50. Vrednost napona u mirnoj radnoj tački (a) u State Variables Editoru (b) u Schematic Editoru

Ako želimo proveriti prethodno izračunate vrednosti promenljivih koje definišu položaj mirne radne tačke Q rezultati prikazani na slici 2.50. nam mogu pomoći. Bolje rešenje je otvoriti u folderu Data (na disku gde je MC7 instaliran) naziv_fajla. TNO (transient numerical output), slika 2.51.

U pripremi za vežbu ste izračunali Qul

(VBE

=0.6, IB=44.38µ) i Q

iz (V

CE=10.69, I

C=12.87m). Uporedite te vrednosti

sa vrednostima koje je izračunao MC7. Primećujemo dobro slaganje rezultata. Tokom ad hoc izračunavanja koristimo pojednostavljen, linearizovan

model bipolarnog tranzistora koji je daleko jednostavniji od SPICE MC7 modela. Zbog toga su rezultati dobijeni MC7 analizom tačniji.

Selektujte opciju za automatsko reskaliranje prikazanog opsega (Auto Scale Ranges). Na dva odvojena grafika (upišite redni broj grafika desnim klikom miša na prazno mesto ispod P) predstavite

napon pobudnog generatora i izlazni napon (desni klik na Y Expression, odaberite opciju Variables Device Voltages ili ako su na šemi prikazani čvorovi opcijom Variables Node Voltages).

Opcije X Range i Y Range označavaju opsege prikaza rezultata simulacije za promenljive selektovane u prozoru X- i Y- Expression ukoliko nije selektovana Auto Scale Ranges Opcija. Deselektujte Operating Point Only i selektujte Operating Point opciju.

Slika 2.51. *.TNO fajl u kome se nalaze vrednosti napona i struja u mirnoj radnoj tački Q


61

Rezultati tranzijentne analize za stepen sa zajedničkim emiterom

Svi parametri tranzijentne analize su uneseni. Pokrenite analizu opcijom Run ili sa F2. Rezultati su prikazani na slici 2.52.

Za stepen sa zajedničkim emiterom je karakteristično da jedino ova pojačavačka konfiguracija (u odnosu na konfiguracije sa zajedničkom bazom i zajedničkim kolektorom) ima negativno naponsko pojačanje. Pojačavač koji analiziramo predstavlja invertujuću pojačavačku konfiguraciju kod koje kako ulazni napon raste izlazni napon opada.

Da li možete da na vašim graficima uočite takav tip promene? Ukoliko se pojačavački stepen ne ponaša kao invertujući a šematski prikaz kola je korektan razlog može biti otpornosti Rp ukoliko ste označavanje signala koji treba da se iscrtaju realizovali opcijom Variables Device Voltages.

Zatvorite prozor tranzijentne analize i u Schematic Editoru otvorite, duplim klikom na Rp, prozor sa parametrima ovog otpornika.

Selektujte opciju Pin Names kako bi imena pinova otpornika postala vidljiva. Sa OK potvrdite izmenu.

Sika 2.52. Rezultati tranzijentne analize

Izgled otpornika Rp je prikazan na slici 2.53(a). Tačka koju smatramo izlazom pojačavača je Minus Pin otpornika Rp. MC7 prilikom crtanja napona v(Rp)

odnosno napona na otporniku Rp crta Vplus-Vminus. Zbog toga se porastom ulaznog napona vg video porast napona na otporniku za koji smo smatrali da je izlazni.

Slika 2.53. (a) Izgled otpornika Rp u Schematic Editoru (b) Stepping prozor SIN 1MHz generatora


62

Ako ne želimo da menjamo oznake u prozoru za podešavanje parametara tranzijentne analize rotiranjem otpornika Rp rešavamo ovaj problem.

Preostale opcije su da označite tekstualno izlaz ili da prikažete brojeve čvorova te da opcijom Variables Node Voltages unesete čvor u Y-Expression polje.

Pokrenite ponovo tranzijentnu analizu. Uočimo da je ulazni napon sinusoida koju smo definisali pomoću standardnog 1MHz modela MC7 za sinusne

generatore. Vidimo da izlazni napon nije sinusoidalni. Šta je razlog? Kako bi vi rešili ovaj problem? (R: promeniti položaj

mirne radne tačke Q ili smanjiti amplitudu pobudnog generatora vg)

Odlučićemo se za opciju variranja amplitude pobudnog generatora. Selektujte opciju Model. Na ovaj način možete menjati samo parametre složenih modela kao što su npr. za sinusni generator SIN 1MHZ i za bipolarni tranzistor NPN Personal.

Opcijom Stepping menjate parametar sinusnog generatora (Step What=SIN 1 MHZ). Parametar koji se menja je amplituda (A). Metod promene je linearan (Method =Linear). Promena amplitude je od 0 (From) do 1 (To) sa korakom 0.1 (Step Value). Selektujte opciju Step It=Yes. Sa OK potvrdite unos.

Pokrenite analizu. Rezultat tranzijentne analize je prikazan na slici 2.54.

Slika 2.54. Ulazni i izlazni napona nakon Stepping promene amplitude pobudnog generatora

Šta nas interesuje? Izlazni napon, ulazni napon ili oba napona? Interesuje nas pri kojoj amplitudi ulaznog napona je električno kolo pojačavač odnosno kada se vratio u linearni

režim rada. U zaglavlju svakog grafika se nalazi informacija o parametrima stepping funkcije što znači da već imamo informaciju o ulaznom naponu tako da je njegovo predstavljanje višak.

Otvorite prozor tranzijentne analize i isključite prikazivanje ulaznog napona (desni klik u polje koje opisuje redni broj grafika i opcija None ili samo obrišite vrednost rednog broja grafika (u ovom slučaju je 1 V(v

g)). Pokrenite

tranzijentnu analizu. Opcijom Scale Mode u kojoj se nalazite nakon završetka analize zaokružite jednu periodu signala. Uđite u mod

za očitavanje vrednosti kako bi parametri Stepping funkcije postali vidljivi. Konačan izgled ekrana je prikazan na slici 2.55.

U zaglavlju grafika se osim naziva fajla (ZAJEDNICKI_EMITER.cir) nalazi informacija koja komponenta ili model (SIN 1MHZ) i koji njihov parametar (A) je Stepping opcijom izmenjen kao i koju vrednost trenutno ima (A=1).

Sa strelicama gore/dole na tastaturi prođite kroz sve krive. Pri kojoj vrednosti amplitude A sinusnog generatora 1MHZ stepen sa zajedničkim emiterom prelazi u nelinearan režim rada. Granična vrednost amplitude između A=0 i A=100mV.


63

Slika 2.55. Jedna perioda izlaznog napona u kursor modu

Kako bi našli što tačniju vrednost granične vrednosti amplitude pozovite funkciju Stepping. Promenite amplitudu A sinusnog generatora od 0 do 100mV sa korakom 10mV odnosno unesite finiju promenu. Sa OK potvrdite unos.

Ponovite prethodni postupak (pokrenite analizu, zumirajte dve periode, uđite u kursor mod). Rezultat je prikazan na slici 2.56.

Slika 2.56. Jedna perioda izlaznog napona u kursor modu, smanjeni koraci u Stepping prozoru

Za koje vrednosti amplitude sinusnog generatora električno kolo sigurno nije u linearnom režimu rada? (A=100mV i 90mV). Odaberimo npr. amplitudu sinusnog sinala A=0.01. Isključimo Stepping funkciju.

Određivanje naponskog pojačanja celog kola Av=vo/vg

Promenimo u Schematic Editoru parametar A=0.01 sinusnog generatora. Pokrenite tranzijentnu analizu. Očitajte vrednosti amplitude izlaznog signala V(Rp) (R:1.18V). Znajući vrednost amplitude pobudnog (0.01) i

izlaznog (1.18) signala moguće je izračunati naponsko pojačanje celog kola odnosno Av=v(Rp)/v

g=-118. Znak minus

proističe iz invertujuće prirode stepena sa zajedničkim emiterom. Ukoliko pogledamo rezultat formule (Av=-122)

zaključujemo da je slaganje rezultata dobro.


64

Određivanje ulazne otpornosti pojačavača Ri

Ulazna otpornost je parametar AC analize što znači da se dobija kao odnos malih naizmeničnih napona i struje. Zbog toga određujemo R

i nakon generatora v

g i njegove otpornosti R

g jer je taj deo električnog kola deo sa malim

signalima što obezbeđuje prisustvo kondenzatora CS1

.

• Pokrenite tranzijentnu analizu. • Interesuje nas odnos napona u tački 6 i struje koja teče u toj grani npr. kroz otpornik R

g.

• Unesite u prozor za podešavanje parametara tranzijentne analize parametre za proračun ulazne otpornosti. Neka se vidi samo grafik koji prikazuje tu otpornost, slika 2.58.

• Pokrenite analizu. Nakon ulaska u kursor mod očitajte vrednost ulazne otpornosti pojačavačkog kola Ri.

Uporedite rezultat sa izračunatom vrednošću ove otpornosti (Ri≈hie≈576Ω) • Ukoliko smo dobili negativnu vrednost pogledajmo šematski prikaz kola u Schematic Editoru. Uključimo sa

Currents ikonicom u liniji alata prikaz vrednosti struja i njihovih smerova u kolu. Ukoliko je smer struje i(Rg) kao na

slici 2.57. tada je negativna vrednost ulazne otpornosti nastala usled neusaglašenosti smera struje odnosno minus i plus priključka otpornika. Rešenje je da se ili okrene otpornost R

g kako bi Plus priključak otpornosti bio u čvoru 7 i struja

tekla u pojačavački stepen ili stavi u prozoru za podešavanje parametara Tranzijentne analize znak minus ispred izraza za otpornost tj. –V(6)/I(RG).

• Ponovo pokrenite tranzijentnu analizu i očitajte vrednost izlazne otpornosti Ri.

Uporedite sa izračunatom vrednošću ovog parametra.

Slika 2.57. Šematski prikaz stepena sa zajedničkim emiterom, prikazani smerovi i vrednosti struja u električnom kolu

Slika 2.58. Prozor za podešavanje parametara tranzijentne analize

Određivanje izlazne otpornosti pojačavača Ro

Izlazna otpornost pojačavačkog kola je otpornost koju “vidi” potrošač Rp koji je priključen na izlaz pojačavača. Da bi se stavili u položaj otpornika Rp posmatramo električno kolo na mestu Rp od izlaza ka ulazu pomoću napona, struje i Omovog zakona odnosno određujemo Tevenenov ekvivalent otpornosti postavljanjem test generatora v

t. Pri

tome nijedan nezavisni izvor u AC režimu ne sme biti uključen. Ukoliko pogledamo šematski prikaz stepena sa zajedničkim emiterom vidimo da je jedini AC nezavisni izvor vg(t). Eliminišemo ga kratkim spojem. DC nezavisne izvore eliminišemo prilikom proračuna ali ih u MC7 analizi ne smemo eliminisati. U ad hoc analizi principom superpozicije rešavamo linearizovano električno kolo (koristite pojednostavljene linearne modele nelinearne komponente- NPN tranzistora). Prvo radimo DC analizu (aktivni samo DC izvori signala u kolu) a nakon nje AC


65

analizu (aktivni samo AC izvori signala u kolu). Šta je to već superpozicija. U slučaju MC7 ne možemo prilikom proračuna izlazne otpornosti eliminisati DC izvore jer bi na taj način iz kola izbacili polarizaciju komponente i tranzistor ne bi bio u aktivnom režimu. Superpoziciju i linearizaciju inače nelinearnih komponenti smo uveli jer su naš matematički alat i sposobnosti ograničeni. To programu nije potrebno i on istovremeno rešava jednačine dobijene na osnovu I, II Kirhofovog i Omovog zakona iz konfiguracije električnog kola i nelinearne jednačine koje definišu ponašanje nelinearne komponente (u ovom slučaju bipolarnog tranzistora). Rešenje ovih jednačina (grafički presek različitih krivih) daje položaj radne tačke.

• Izmenite polazno kolo pojačavača sa zajedničkim emiterom sledeći gore navedena objašnjenja Rešenje je prikazano na slici 2.59. Generator v

t je modela SIN 1MHZ.

• Pokrenite tranzijentnu analizu. Interesuje nas odnos test napona vt

i struje koja teče kroz test generator. U

skladu sa tim unesite odgovarajući Y-Expression u prozor tranzijentne analize, slika 2.60. Pokrenite analizu.

Slika 2.59. Šematski prikaz konfiguracije potrebne za određivanje izlazne otpornosti

Slika 2.60. Prozor za podešavanje parametara tranzijentne analize prilikom određivanja izlazne otpornosti R

o

pojačavačkog stepena

Očitajte vrednost izlazne otpornosti (Ro=-1kΩ). Da li je ovaj rezultat očekivan? Šta je uzrok neslaganja?

(Pogledajte smer struje kroz test generator. Setite se kakav ste smer struje prilikom ad hoc proračuna izlazne otpornosti imali.) Unesite u prozoru prozoru tranzijentne analize potrebnu izmenu. Očitajte vrednost R

o. Uporedite sa prethodno

izračunatom vrednošću (Ro=R

C=1kΩ).

2.6.4. MICROCAP AC ANALIZA STEPENA SA ZAJEDNIČKIM EMITEROM

Ukoliko nas interesuje frekvencijska zavisnost pojedinih signala električnog kola tada u MC7 pokrećemo AC analizu. Interesuju nas granične učestanosti i naponsko pojačanje stepena sa zajedničkim emiterom, prikazanim na slici 2.61.

• Odaberite opciju Analysis AC. Automatski se otvara prozor za podešavanje parametara AC analize, slika 2.62. Interesuje nas moduo amplitude izlaznog AC signala (moduo amplitude napona u tački 5 izražen u decibelima) ne i njegova faza (ph (v(5)). Frekvencijski opseg je od 1kHz do 1THz (1E12). Unesite parametre AC analize.

• Pokrenite AC analizu. Rezultat je prikazan na slici 2.63.


66

Slika 2.61. Stepen sa zajedničkim emiterom

• Uđite u mod za očitavanje i odredite vrednost db(v(5)) u zaravnjenom delu karakteristike (R: 41.533). U AC analizi se amplituda pobudnog signala automatski postavlja na A=1 dok mu se frekvencija menja kao što je definisano u Frequency Range. To znači da je naponsko pojačanje definisano kao A

v=V(Rp)/v

g sada oblika V(5)/ v

g=V(5)/A=

V(5)/1= V(5). Rezultat je dat u decibelima i da bi odredili naponsko pojačanje potrebno je to uzeti u obzir tj. 20 log(A

v)=41.533. Nakon rešavanja ove jednačine dobijamo A

v=119.3026. Da li je rezultat blizak očekivanom? Zašto se

znak pojačanja ne slaže (posmatra se moduo amplitude izlaznog signala te je vrednost naponskog pojačanja koje na osnovu njega dobijemo apsolutna vrednost pojačanja )?

Slika 2.62. Prozor sa parametrima AC analize

Slika 2.63. Rezultat AC analize


67

Na predavanju iz Uvoda u Elektroniku ste definisali propusni opseg (BW=bandwidth) kao BW=fg-f

d, gde su f

d i f

g

donja i gornja granična učestanost odnosno učestanosti na kojima vrednost pojačanja u decibelima opadne za 3dB. Pomoću komandi Go To Y =41.533dB-3dB=38.533dB očitajte položaj donje i gornje granične učestanosti (R:

fd=3.11kHz).

2.7. KOMBINACIONE MREŽE

Digitalne logičke mreže se mogu klasifikovati u dve grupe, kombinacione i sekvencijalne. Izlazni signal kombinacionih logičkih mreža zavisi samo od trenutnih vrednosti ulaznih signala.

Kombinacione mreže sadrže proizvoljan broj logičkih kola, ali ne sadrže povratne sprege, odnosno izlazni signal sa bilo kog kola se ne sme dovoditi na ulaz mreže, kako ne bi uticao na ulaz istog tog kola. Na takav način se izbegava uticaj prethodnog stanja na sledeće stanje mreže što je tipično ponašanje sekvencijalnih mreža.

Analiza već gotove kombinacione mreže obuhvata formalan opis funkcije koju mreža izvršava na osnovu date logičke šeme, odnosno predstavljanje mreže kombinacionom tabelom ili logičkom jednačinom.

Postupak sinteze kombinacione mreže počinje formalnim opisom željenih funkcija mreže, sledi minimizovanje logičke funkcije (korištenjem Karnoovih mapa ili osnovnih zakonitosti Boolean algebre) i formiranje logičke šeme pogodnim metodom (u zavisnosti od raspoloživih logičkih kola). Detaljnije projektovanje mreže podrazumeva dalju nadgradnju sinteze mreže, gde se u obzir moraju uzeti realne karakteristike logičkih kola, kao što su vreme propagacije kroz kolo, margine šuma, vreme rastuće i opadajuće ivice signala, faktor grananja i slično.

Kombinacione mreže se koriste u svim digitalnim sistemima, počev od najprostijih digitalnih uređaja do velikih ¨super¨ računara. Zbog veoma široke primene, a i zbog specifičnih, standardizovanih, funkcija koje su zajedničke za raznovrsne digitalne sisteme, pojedini tipovi mreža su dobili naziv prema funkciji koju obavljaju, na primer: dekoder, koder, multiplekser, generator parnosti.

Ukoliko imate malo vremena na raspolaganju molim vas da pogledate I, II i III deo prezentacije iz digitalne elektronike na adresi http://www.kel.ftn.ns.ac.yu/predmeti/2/el.html.

2.7.1. SIGNALI U DIGITALNIM ELEKTRONSKIM KOLIMA

Ukoliko nas interesuje frekvencijska zavisnost pojedinih signala električnog kola tada u MC7 pokrećemo AC analizu. Interesuju nas granične učestanosti i naponsko pojačanje stepena sa zajedničkim emiterom, prikazanim na slici 2.61.

Do sada smo, prilikom učenja MC7, analizirali analogna elektronska kola posmatranjem (analognih) signala u kolu. Uočili smo da je broj dozvoljenih vrednosti analognog signala neograničen, u granicama napona napajanja analognog kola.

Tokom ovih vežbi analiziraćemo digitalna elektronska kola odnosno elektronska kola koja obrađuju digitalne signale. Za razliku od analognih signala, broj dozvoljenih amplitudskih nivoa digitalnih signala je ograničen i zavisi od numeričkog sistema kojeg koristite za predstavljanje podataka (binarni – 2 različita nivoa, oktalni – 8 različitih nivoa, decimalni -10 različitih nivoa, heksadecimalni- 16 različitih nivoa). Iako je ljudima prirodan decimalni numerički sistem njegova implementacija bi u digitalnim računarima bila skopčana sa velikim poteškoćama u pogledu tehničke realizacije. Ova digitalna kola bi morala da imaju deset jasno definisanih različitih stanja što bi se moglo realizovati po cenu velike složenosti. Sa stanovišta jednostavnije i pouzdanije realizacije je daleko bolje koristiti binarni brojni sistem koji je reprezentovan sa samo dva stanja odnosno dve različite vrednosti signala (digitalni binarni signal), prikazano na slici 2.64.

Slika 2.64. Digitalni binarni signali u proizvoljnom digitalnom elektronskom kolu


68

Digitalni signali u MC7

Prilikom sinteze analognih kola u MC7 koristili smo analogne komponente, iz menija Components Analog Primitives ili Components Analog Library. U slučaju digitalnih elektronskih kola komponente se nalaze u menijima Components Digital primitives (iz ovog menija biramo standardne komponente kojima sami definišemo parametre modela), Components Digital Library (iz ovog menija biramo komercijalne komponente kojima su proizvođači odredili parametre modela) ili Components Animation (ukoliko je potrebna komunikacija između uređaja i nas kao korisnika koja se postiže pomoću LED dioda, sedmosegmentnog displeja i digitalnog prekidača).

Fiksne digitalne vrednosti

Kako smo se odlučili za binaran digitalni numerički sistem odnosno sistem u kome promenljiva može uzeti samo dve različite vrednosti 0 (Low) ili 1 (High) logično je pitanje kako te konstantne digitalne nivoe (baterija u analognom kolu) možemo napraviti u MC7.

• Odaberite opciju Component Digital Primitives Stimulus Generators Fixed Digital. Automatski se

pojavljuje simbol fiksne digitalne vrednosti . Ukoliko postavimo fiksnu digitalnu vrednost na željeno mesto u šemi automatski će se otvoriti prozor sa njenim parametrima, slika 2.65. Od interesa su parametri Part, koji označava ime komponente, i Value, koji definiše vrednost fiksne digitalne vrednosti (0 ili 1).

• Promenite ime komponente sa U0 na Uproba. Čekirajte opciju Show da se taj parametar vidi. Unesite vrednost za parametar Value fiksne digitalne vrednosti i za njega čekirajte opciju Show. Rezultat bi trebao biti sledećeg oblika

Slika 2.65. Prozor sa parametrima modela fiksne digitalne vrednosti

Promenljive digitalne vrednosti

Ukoliko želite da u digitalnoj mreži postoji izvesna dinamika bilo bi dobro da se upoznamo sa MC7 opcijama koje nam omogućavaju definisanje promenljivih digitalnih vriednosti. Na raspolaganju su dve opcije : Digital Switch ili Stimulus Generator.

Digital Switch

• Izaberite opciju Components Animation Digital Switch. Automatski se pojavljuje simbol digitalnog prekidača


69

odnosno ukoliko uključimo oznake čvorova u kolu. Zadatak digitalnog prekidača je da omogući promenu vrednosti pobudnog ulaznog signala sa 0 na 1 ili 1 na 0. Da

bi ova promena nastala neophodno je pokrenuti tranzijentnu analizu (pustiti vreme da teče kako bi promena vrednosti digitalnog signala bila vidljiva) i kliknuti mišem u polje simbola ove komponente.

• Testirajte digitalni prekidač. Izaberite opciju Analysis Transient Analysis. U prozor za podešavanje parametara tranzijentne analize unesite podatke kao što je prikazano na slici 2.66. Izbor Y Expression možemo dobiti direktnim upisivanjem ili desnim klikom u odgovarajuće polje izborom opcije Variables Digital States d(1). Pokrenite tranzijentnu analizu.

Slika 2.66. Prozor tranzijentne analize prilikom testiranja digitalnog prekidača

• Da biste mogli da menjate digitalnu vrednost signala u čvoru 1 tj. d(1) neophodno je da na ekranu imate digitalni prekidač kako bi klikom u polje simbola mogli menjati položaj prekidača odnosno vrednost na izlazu prekidača. Opcijom Windows Tile Vertical u delu tranzijentne analize podelite radnu površinu vertikalno. Sada je vidljiv i digitalni prekidač i prozor u kome se prikazuje rezultat promene položaja prekidača, slika 2.67.

Slika 2.67. – Testiranje digitalnog prekidača

• Menjajte položaj digitalnog prekidača. Posmatrajte šta se dešava u prozoru koji prikazuje vrednost njegovog signala. Šta primećujete? Ukoliko ste sporije kliktali na simbol digitalnog prekidača promena vrednosti d(1) se ili nije videla ili ste je jako retko uočili.

Slika 2.68. (a)Opcija Animate (b)Help za Animate Options dialog box


70

Digitalni prekidač se nalazi na ulazu digitalnog kola. Promenom njegove vrednosti mi analiziramo napravljeno digitalno kolo odnosno određujemo njegov princip funkcionisanja. Da bi kontrolisano proverili sve moguće kombinacije ulaznih promenljivih potrebno nam je više vremena nego što nam u ovom slučaju MC7 daje. Izborom ikonice Animate automatski se otvara prozor, slika 2.68(a), čijim podešavanjem možemo delimično da usporimo analizu MC-a jer se sa Animate Options definiše interval između dve tačke računanja MC-a. Najčešće selektovana opcija je Wait For Time Delay koja zahteva unos vrednosti kašnjenja (Time Delay) između dve uzastopne tačke prilikom računanja MC-a. Izborom Help Contents Index, slika 2.68(b), pronađite više informacija o ovoj opciji.

Dodatno vreme za osmišljavanje položaja prekidača se dobija ukoliko se MC7 uposli kako bi proces izračunavanja tekao sporije. U MC se to postiže ubacivanjem digitalnog pobudnog generatora.

2.7.2. DIGITALNI POBUDNI GENERATORI (STIMULUS GENERATORS)

Promenom položaja digitalnog prekidača morate proći kroz sve moguće kombinacije kako bi utvrdili funkciju gotovog digitalnog kola, što zna da potraje. Drugi način za testiranje kola je pomoću digitalnih pobudnih generatora čiji su ekvivalent u analognom svetu naponski generatori.

• Izaberite opciju Components Digital Primitives Stimulus Generators, slika 2.69(a).

Slika 2.69. Digitalni pobudni generator (b) prozor sa parametrima Stim1

Komponente koje nas interesuju su od Stim1 do Stim16 gdje je Stim skraćenica za Stimulus Generator dok broj nakon Stim označava broj bita na izlazu pobudnog generatora.

• Odaberite sa spiska generator Stim1, . Klikom miša na željeno mesto ga postavite na radnu površinu. Automatski se otvara prozor sa njegovim parametrima, slika 2.69(b). Kao i do sada parametar Part predstavlja ime komponente. Parametri koji su izuzetno bitni za definisanje oblika digitalnog pobudnog signala o kojima ćemo reći nešto više su FORMAT, COMMAND i TIMESTEP.

FORMAT Parametar FORMAT definiše format signala na izlazu pobudnog generatora. Ukoliko želimo da je signal binaran

tada je FORMAT=1, oktalan FORMAT=3, heksadecimalan FORMAT=4. Zbir svih brojeva koji su predstavljeni u liniji FORMAT moraju biti jednaki broju bita na izlazu pobudnog generatora. Npr. FORMAT=134 nam govori da je prvi bit izlaza binarni, sledeća tri bita predstavljaju oktalni broj i preostala 4 bita predstavljaju heksadecimalni broj. Da bi se ovakav pobudni generator mogao realizovati morali smo na početku izabrati Stim 1+3+4=Stim8.

TIMESTEP Parmetrom TIMESTEP se definiše perioda takt signala u sekundama. Difolt vrednost je nula. COMMAND Pomoću parametra COMMAND pisanjem par linija koda definišete izgled signala na izlazima digitalnog

pobudnog generatora. U liniji COMMAND se navodi ime promenljive .define naredbe koja definiše i kreira izlaz pobudnog generatora. Glavni deo koda kojim opisujete ponašanje pobudnog digitalnog generatora se nalazi iza .define naredbe. Da bi znali da napravimo pobudni generator, odnosno da definišemo kako se njegovi izlazi menjaju u vremenu, nepohodno je da se upoznamo sa osnovnim naredbama.


71

Naredba Primer / objašnjenje

<time> <value> U trenutku <time> signal ima vrednost <value>. Npr. za jednobitni pobudni generator : .define pob 0ns 1 50ns 0 150ns 1 Kako izgleda ovaj signal?

U 0ns signal poprima vrednost 1 što traje do 50ns kada mu se vrednost menja na 0. Signal je vrednost nula sve do 150ns kada vrednost signala ponovo postaje 1. Ova vrednost ostaje do daljnjeg. Ovaj signal smo mogli definisati i na sledeći način: .define pob +0ns 1 + 50ns 0 + 150ns 1 Kakva je razlika u odnosu na prethodni zapis? Generator nije definisan u jednom redu već se naredba nastavlja u više redova. U SPICE-u je oznaka za nastavak u novom redu + što je upravo novina u odnosu na prethodnu definiciju pobudnog generatora. Vreme promene signala se može definisati relativno u odnosu na prethodni trenutak. Ispred vremena dodajemo tada +. Prethodno definisan signal možemo tada napisati na treći način: .define pob +0ns 1 + +50ns 0 + +100ns 1, gde prvi znak plus predstavlja nastavak naredbe u sledećem redu dok drugi znak plus govori o relativnom računanju vremenskih trenutaka u kojima nastaje promena signala. Ukoliko u igru uvedemo parametar Time Step prethodno definisan signal možemo predstaviti na sledeći način (npr. Time Step=50ns): +0ns 1 +0ns 1 + +c 0 relativno ili +c 0 apsolutno + +2c 1 +3c 1

LABEL=<label name> Ovom naredbom se definiše početak petlje realizovane naredbom GOTO. Bitno je znati da će nakon izvršenja naredbe GOTO <label name> program skočiti na prvu naredbu nakon definicije labele i da labela mora biti definisana pre GOTO naredbe.

<time> INCR BY <value> <time> DECR BY <value>

<time> predstavlja momenat u kome se izvršavaju naredbe INCR BY (increment by= povećaj za) ili DECR BY (decrement by= smanji za). <value> je vrednost za koju se u ovom slučaju smanjuje ili povećava vrednost signala na izlazu digitalnog generatora.

<time> GOTO <label name> <n> TIMES

<time> GOTO <label name> <n> TIMES U trenutku <time> idi na labelu <label name>. Ponovi ovaj postupak n puta. Ukoliko je n=-1 formiramo beskonačnu petlju odnosno definisana petlja se non-stop vrti.

<time> GOTO <label name> UNTIL GT <value>

<time> GOTO <label name> UNTIL GT <value> U trenutku <time> idi na labelu <label name> sve dok signal ne postane veći (GT=greater than) od <value>. U preostalim naredbama logika je ista. Skraćenice koje su prisutne su značenja: GE= greater or eaqual tham=veće ili jednako od LT= less than=manje od LE= less or equal than=manje ili jednako od <time> GOTO <label name> UNTIL GE <value> <time> GOTO <label name> UNTIL LT <value> <time> GOTO <label name> UNTIL LE <value> Bitno je znati da se u GOTO petlji vreme iako zadato apsolutno nakon prvog prolaska kroz petlju računa relativno.

REPEAT FOREVER Ova naredba generiše beskonačnu petlju.

REPEAT <n> TIMES ENDREPEAT

Ova kombinacija naredbi kreira petlju. Sve naredbe između REPEAT i ENDREPEAT će se ponoviti n puta.

Tabela 2.1. Definisanje izgleda signala na izlazima digitalnog pobudnog generatora naredbama u liniji COMMAND


72

Program kojim opisujete ponašanje generatora signala se piše nakon .define naredbe. Napisani program se može editovati direktno u prozoru parametara komponente, slika 2.69(b), ili na text strani MC7.

• Generišite binarni digitalni signal koji se ponaša na sledeći način: Signal je periodičan periode 60ns. Od 0ns do 40ns signal je vrednosti 1, od 40ns do 60ns signal je vrednosti 0 i od trenutka 60ns počinje nova perioda. Signal je prikazan na slici 2.70.

Slika 2.70. Binarni digitalni signal periode 60ns trajanja jedinice 40ns i nule 20ns

Dva načina na koji se može generisati ovaj signal su: .define POB +LABEL=petlja +0ns 1 +40ns 0 +60ns GOTO petlja -1 TIMES

.define POB +repeat forever ++0ns 1 ++40ns 0 ++20ns 1 +endrepeat

• Napravimo heksadecimalni generator digitalnog signala koji se ponaša na sledeći način: Početna vrednost

izalaza generatora je F. Svakih 20ns izlazna vrednost generatora se smanjuje za 1 sve dok ne postane manja od 2. Nakon tog trenutka nema više promene izlaza generatora. Na slici 2.71. je prikazan izgled prozora ovog generatora. Koji je to Stim generator? Kakav mu je format? Kako je definisan ovaj generator? Da li će izgled signala odgovarati postavljenom zahtevu?

• Da bi videli da li smo dobro definisali promenu izlaza heksadecimalnog generatora u vremenu moramo pokrenuti tranzijentnu analizu. Pre nego je pokrenemo bilo bi dobro sa linije sa alatima aktivirati Node Numbers ikonicu kako bi lakše definisali tačke koje posmatramo tokom tranzijentne analize. Simbol pobudnog generatora je sada

oblika • Nakon pokretanja tranzijentne analize otvara se prozor u kome podešavamo parametre analize i unosimo nazive

signala koje posmatramo, slika 2.72. Time Range smo postavili na vrednost 320ns=20ns x 16 kako bi ukoliko postoji potreba generator prošao kroz svih 16 stanja zadržavajući se u svakom 20ns. Heksadecimalan zapis se može realizovati pomoću 4 binarna zapisa. Zbog toga se u polja ispod Y Expression unose (desnim klikom na polje izborom Variables Digital States...) d(1), d(2), d(3) i d(4).

Slika 2.71. Prozor sa parametrima heksadecimalnog digitalnog pobudnog generatora


73

• Pokrenite tranzijentnu analizu. Rezultat analize je prikazan na slici 2.73. Pre nego što pomislimo na proveru rada generatora odnosno konvertovanje signala d( ) u vrednost heksadecimalnog signala neophodno je utvrditi koji je bit najveće težine - d(1) ili d(4). Nadam se da ste zaključili da je to d(1) jer se najsporije menja. Ukoliko pogledate simbol Stim4 generatora vidite da je upravo čvor 1 generatora obeležen kvadratićem. Sada možemo konvertovati 4 signala iz binarnog numeričkog sistema u jedan signal heksadecimalnog sistema. Ubrzo pomislite kako bi bilo lepo da to neko drugi rad za vas.

Slika 2.72. Prozor tranzijentne analize

Slika 2.73. Rezultat tranzijentne analize

• Sa F9 pozovite prozor tranzijentne analize. Komandom Add dodajte još jedan red u donjem delu prozora. U Y Expression polje upišite hex(1,2,3,4). Na ovaj način MC će sam sračunati heksadecimalnu vrijednost signala kod koga je čvor 1 najveće a čvor 4 najmanje težine. Prilikom definisanja heksadecimalnog signala u zagradi o tome treba voditi računa. Pokrenite tranzientnu analizu. Rezultat je prikazan na slici 2.74. Prisetimo se kako je definisan heksadecimalni generator: Početna vrednost izalaza generatora je F. Svakih 20ns izlazna vrednost generatora se smanjuje za 1 sve dok me postane manja od 2. Nakon tog trenutka nema više promene izlaza generatora.

Ukoliko pogledamo signal hex(1,2,3,4) koji u heksadecimalnom zapisu predstavlja izlaz pobudnog generatora moguće je lako proveriti da li je generator tačno definisan.

Slika 2.74. Rezultat tranzijentne analize –prikaz heksadecimalnog signala

• Napravite binarni i oktalni signal u jednom generatoru sledećeg ponašanja: u 0ns vrednost binarnog signala je 1 dok je vrednost oktalnog 7. Svakih 20ns smanjuje se vrednost oktalnog signala za 1 sve dok ne postane manji ili jednak 3. U tom trenutku vrednost binarnog signala se promeni sa 1 na 0. Prozor sa parametrima pobudnog generatora je prikazan na slici 2.75.


74

Slika 2.75. Prozor pobudnog digitalnog generatora binarnog i oktalnog tipa signala kombinovanih zajedno

• Obratite pažnju na redosled zapisa u FORMAT liniji (13 a ne 31). Pogledajte kako je definisan mešoviti izvor signala (+0ns 17- u 0ns početna vrednost binarnog signala je 1 dok je vrednost oktalnog signala 7, DECR BY 01- smanjuje vrednost binarnog signala za 0 (tj. ne menja ga) dok vrednost oktalnog signala smanjuje za 1 itd.).

• Pokrenite tranzijentnu analizu. U prozor tranzijentne analize unesite podatke kao što je prikazano na slici 2.76.

Slika 2.76. Prozor tranzijentne analize mešovitog generatora

Slika 2.77. Rezultat tranzijentne analize mešovitog pobudnog generatora


75

Na osnovu zapisa u FORMAT liniji znamo da je signal najveće težine u čvoru 1 (kvadratić) dodeljen prvom definisanom signalu (zbog FORMAT=13) odnosno binarnom signalu dok su preostala tri bita dodeljena oktalnom signalu. Ukoliko želimo da MC7 sračuna vrednost oktalnog signala tačno moramo voditi računa o težini pojedinih binarnih signala odnosno moramo ga definisati kao oct(2,3,4). Pokrenite tranzijentnu analizu. Rezultat je prikazan na slici 2.77.

2.7.3. OSNOVNE LOGIČKE OPERACIJE

Podsetićemo se ukratko osnovnih logičkih operacija.

Logička operacija Simbol Funkcionalna tabela A B Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0

I

1 1 1

Logička operacija Simbol Funkcionalna tabela A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1

ILI

1 1 1

Logička operacija Simbol Funkcionalna tabela A Y

0 1 NE

1 0

Logička operacija Simbol Funkcionalna tabela

A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1

NI

1 1 0


A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0

NILI

1 1 0


A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1

EX-ILI

1 1 0


A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0

EX-NILI

1 1 1


76

Bitno je znati sledeće: • da logička kola I+NE ili ILI+NE ili NI ili NILI predstavljaju potpun skup operacija odnosno skup operacija

pomoću koga se može izraziti bilo koja logička funkcija. • da prilikom minimizovanja funkcije pomoću Karnoovih mapa konačan izgled funkcije je prikazan ili kao

proizvod zbira promenljivih funkcije i njihovih komplemenata (konjuktivna forma) ili kao zbir proizvoda promenljivih funkcije i njihovih komplemenata (disjunktivna forma). U tim formama jasno možete prepoznati I, ILI, NE operacije dok EX-ILI, EX-NILI zakonitosti morate sami uočiti i izvršiti dodatnu minimizaciju.

• ukoliko želite da vašu funkciju izrazite isključivo pomoću NI (odnosno NE+I) logičkih kola tada je prilikom minimizacije neophodno obuhvatiti što veće površine jedinica kako bi se kao rezultat dobila disjunktivna forma jer se

primenom De Morganovih pravila svodi na

što je disjunktivan oblik funkcije. • ukoliko želite da vašu funkciju izrazite isključivo pomoću NILI (odnosno NE+ILI) logičkih kola tada je

prilikom minimizacije neophodno obuhvatiti što veće površine nula kako bi se kao rezultat dobila konjuktivna forma jer se

primenom De Morganovih pravila svodi na

što je konjuktivan oblik funkcije. Pomenute logičke operacije kao logička kola se u MC7 nalaze u meniju Components Digital Primitives

Standard Gates ..., slika 2.78. Osim logičkih operacija koje smo pomenuli postoji i komponenta bafer čiji je zadatak da idealno izoluje dva dela električnog kola (ne vide jedan drugog već samo bafer) a da informacija i dalje teče od jednog do drugog izolovanog dela kola. U digitalnim kolima se baferom još i unose dodatna kašnjenja kako bi se eliminisale pojave hazarda.

Ukoliko detaljnije pogledate menije logičkih kola možete primetiti da je moguće izabrati broj njihovih ulaza (2,3,4,5 ili 9), slika 2.78.

Slika 2.78. Osnovna logička kola u MC7

Primer: Stižu izbori

• Napravimo jednostavnu kombinacionu mrežu koja implementira demokratski princip glasanja na izborima. Broj ulaza u mrežu mora biti neparan kako bi bio princip većine mogao da se sprovede. Recimo da su na izbore izašla sva tri glasača (A, B, C) u jednoj maloj zemlji. Ukoliko bilo koja dva glasača daju svoj glas za određenu opciju (1 ili 0) tada bi na izlazu ove kombinacione mreže morala biti vidljiva njihova odluka (Y= 1 ili 0). Realizujte ovu mrežu sa NI logičkim kolima, digitalnim prekidačima na ulazu i LED diodama u kontrolnim tačkama. Ne zaboravite da usporite proračun MC7 kako bi mogli da sebi date vremena za proveru mreže koju ste napravili.

• Prvi korak prilikom sinteze kombinacione mreže je opisati detaljno kako želimo da mreža radi ali ovaj put ne rečima što je već urađeno već u formi tablice, slika 2.79.


77

A B C Y

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

Slika 2.79. Demokratski princip većine prikazan na primeru tri glasača u formi tablice

Funkcija Y je funkcija tri promenljive odnosno Y=f(A,B,C) čiji rezultat ne zavisi od prethodnih stanja (npr. prethodnih izbora) već samo od trenutne volje glasača, odnosno funkciju Y zaista treba realizovati kombinacionom mrežom koja ima tri ulaza.

• Drugi korak podrazumeva minimizovanje funkcije, kako bi se funkcija realizovala sa što manjim brojem logičkih kola i samim tim mreža bila jednostavnija i jeftinija. U ovom obliku funkcije mogu se jasno uočiti logičke operacije (disjunktivna ili konjuktivna forma). Minimizacija funkcije se može realizovati primenom osnovnih zakonitosti Booloean algebre ili grafičkim postupkom pomoću Karnoovih mapa. Pristup sa Karnoovim mapama je jednostavniji i brži te ćemo funkciju minimizovati na ovaj način.

• Unesite funkciju Y u Karnoovu mapu od 8 polja, slika 2.80. Izvršite minimizaciju ove funkcije obuhvatanjem minimalnog broja što je moguće većih površina jedinica (jer se funkcija realizuje isključivo sa NI kolima). Površine moraju biti građene od 1 ili 2 ili 4 ili 8 polja, odnosno broj polja u površini mora biti stepen dvojke.

Na slici 2.80. su prikazane obuhvaćene površine (I, II i III). Konačan oblik funkcije u obliku Boolean algebre je Y=AB (od površine I) +BC (od površine II) +AC (od površine III).

Slika 2.80. – Demokratski princip većine prikazan na primjeru tri glasača u formi Karnoove mape

• Treći korak je prilagođenje minimizovane funkcije logičkim kolima koja su nam na raspolaganju, što su u ovom slučaju NI kola. Da bi funkciju Y izrazili isključivo pomoću NI logike neophodno je primeniti dva zakona Boolean algebre:

1.

2. De Morganovi zakoni

,

dobija se sledeće

• Poslednji, četvrti korak je realizacija funkcije u MC7, slika 2.81. Iz oblika funkcije prilagođenog NI logici

vidimo da su potrebna 3 dvoulazna i jedno troulazno NI kolo. U MC7 NI kola se nalaze u Components Digital Primitives Standard Gates Nand Gates ... Prilikom

postavljanja logičkog kola na željeno mjesto na radnoj površini se otvara prozor sa parametrima logičkog kola, prikazan na slici 2.82.

• Isključite prikaz naziva komponente na ekranu. Za TIMING MODEL odaberite od ponuđenih modela D0_GATE. Izborom ovog modela ponašanja logičkog kola u vremenu smo smatrali da je logičko kolo idealno odnosno da nema nikakvog kašnjenja kroz njega jer nas u ovom slučaju ne interesuju hazardi već samo osnovno a to je logika mreže.


78

Slika 2.81. Princip većine realizovan u MC7

Slika 2.82. Prozor sa parametrima standardnog (dvoukaznog) NI kola

Postupak ponovite za preostala 2 dvoulazna NI kola i jedno troulazno NI kolo. • Da bi proverili ispravnost mreže neophodno je proći kroz sve moguće kombinacije ulaznih promenljivih

(A,B,C). U tekstu zadatka je navedeno da se u ovom slučaju ta provera izvršava pomoću digitalnih prekidača. Unesite tri digitalna prekidača. Duplim klikom na prekidač se otvara prozor sa njegovim parametrima. Ukoliko ne želite da se u šemi vidi naziv komponente selektujte parametar Part i dečekirajte opciju Show.

• Spojite žicom digitalne prekidače i logička kola kao što je prikazano na slici 2.81. Povežite dvoulazna NI kola na troulazno NI kolo, slika 2.81.

• Izborom opcije Components Animation LED izaberite LED diode. Njihov zadatak je da nam jasno stave do znanja kakve su vrednost signala u tačkama od interesa. Šta nas interesuje? Kako glasaju glasači i kakav je rezultat njihovog glasanja. Zbog toga su LED diode postavljene kao na slici 2.81. Uklonite naziv LED dioda iz šeme (selektujte parametar Part i dečekirajte opciju Show).

• U Text modu označite tačke od interesa, slika 2.81. Ovo je izuzetno bitno jer MC prilikom definisanja Y Expression (desnim klikom) omogućava samo prikaz digitalnih stanja čvorova označenih brojčano ili tekstom .

Da bi imali dovoljno vremena da tokom tranzijentne analize ležerno izmenjamo vrednosti ulaznih promenljivih i proverimo ispravnost kola koje smo napravili neophodno je usporiti MC sa Animate Options i dodatnim pobudnim generatorom.

Dodajte pobudni generator Stim1 sa parametrima koji su prikazani na slici 2.83. Pokrenite tranzijentnu analizu. U prozor sa parametrima tranzijentne analize unesite vrednosti prikazane na slici

2.84. U ovom slučaju ćemo promene vrednosti ključnih signala posmatrati na LED diodama stoga unos d(A), d(B)... u ovom zadatku nije neophodan (a mi ga radimo zarad vežbe i novog zadatka).


79

Slika 2.83. Prozor sa parametrima standardnog (dvoukaznog) NI kola

U ovom zadatku prozor sa vremenskim oblicima signala nije neophodan, jer promene signala od interesa vidimo na LED diodama. Promena ulaznih signala se realizuje pomoću digitalnih prekidača klikom na njihov simbol stoga način funkcionisanja mreže koju smo napravili moramo proveriti direktno iz šeme nakon pokretanja tranzijentne analize.

Slika 2.84. Prozor sa parametrima tranzijentne analize

Opcijom Run pokrenite analizu. Opcijom Windows u prvi plan dovedi šematski prikaz mreže. Šta uočavate? Da li ste bili dovoljno brzi? Neophodno je dodatno usporiti MC sa Animate Options. Pokrenite Animate Options. Odaberite opciju Wait For Time Delay.

Unesite vrednost Time Delay=0.1. Sa OK potvrdite unos. Pokrenite tranzijentnu analizu ponovo. Ispitajte mrežu promenom vrednosti ulaznih signala i izlaznog signala.

Varijacija na temu - Stižu izbori

Prilikom analize funcionisanja mreže možemo primeniti drugi pristup prilikom generisanja ulaznih promenljivih pažljivo programiranim pobudnim generatorima na ulazu. Na taj način se izbegavaju digitalni prekidači (izbegavajući na taj način dodatni pobudni generator, LED diode i podešavanje Animate Options). Ukoliko pogledate tabelu funkcionisanja ovog uređaja, slika 2.79, videćete da postoji 8 različitih kombinacija ulaznih promenljivih za koje morate ispitati vrednost izlaza mreže. Primećujemo da je signal C duplo brži (duplo manje periode) od signala B koji je duplo brži od signala A.

• Iz prethodno nacrtane šeme obrišite sve nepotrebne komponente (digitalne prekidače, LED diode) i unesite tri digitalna pobudna generatora, slika 2.85.


80

Slika 2.85. Princip većine realizovan u MC7 sa digitalnim pobudnim generatorima umesto digitalnih prekidača i LED

dioda

• Isprogramirajte ulazne digitalne pobudne generatore npr. .define CSTIM +Label=startC +0ns 0 +5ms 1 +10ms GOTO startC -1 TIMES

.define BSTIM +Label=startB +0ns 0 +10ms 1 +20ms GOTO startB -1 TIMES

.define ASTIM +Label=startA +0ns 0 +20ms 1 +40ms GOTO startA -1 TIMES

Slika 2.86. Prozor sa parametrima tranzijentne analize

•Odaberite Analysis Transient. Podesite parametre tranzijentne analize u skladu sa periodama pobudnih generatora (Time Range=40ms, hex(A,B;C)), slika 2.86.

• Pokrenite tranzijentnu analizu. Rezultati su prikazani na slici 2.87. Da li mreža funkcioniše kao što je predviđeno?

Slika 2.87. Rezultat tranzijentne analize


81

Prilog 1- Protel

FUTPRINT LED DIODE

LED diode (LE diode, ledovke) se često koriste u elektronskim kolima, npr. za signalizaciju uključenog stanja uređaja, kao jednostavan potrošač, itd. Postoje u različitim oblicima i bojama, mada najčešći oblik sa kojim se susrećemo u praksi je oblik LED diode, prikazan na slici P.1 kao peta dioda sa leve strane. Njen prečnik je 5mm (200mila), a rastojanje između nožica je 2,5mm (100mila).

Slika P.1. Razni oblici LED dioda

Ukoliko pogledamo fizički izgled LED diode (slika P.2a), možemo na nekoliko načina otkriti koji je pin anoda a koji katoda. Katoda je uvek kraća nožica. Međutim, ponekad nismo u mogućnosti da otkrijemo razliku u dužini nožica, npr. kad je dioda već zalemljena na pločici. Tada možemo pogledati u njenu unutrašnjost – nožica koja odgovara „kljunu“ je katoda. Sve prethodno rečeno se lako pamti, K-Kraća, K-Kljun, K-Katoda. Postoji još jedan način za razlikovanje pinova koji ćemo koristiti u Protelu. Gledajući LED diodu odozgo (to je upravo ono što radimo pri crtanju futprinta), vidimo da ona ima oblik kruga, zasečenog kod katode.

U Protelu za LED diodu koristimo simbol LED iz standardne biblioteke simbola Miscellaneous devices.lib (slika P.2b), ali futprint za nju ne postoji u Protelovim bibliotekama, pa ga moramo napraviti. Znači, u svojoj biblioteci futprintova nacrtamo futprint prikazan na slici P.2c, gde je u ovom slučaju kružnica prečnika 200mil, rastojanje između nožica 100mil. Pri tom voditi računa o tome da se poklope oznake pinova (A i K) u simbolu i futprintu.

(a) Fizički izgled (b) Simbol (c) Futprint

Slika P.2. LED dioda u realnosti i u Protelu

Napominjemo da ovo nije univerzalni futprint za LED diodu, već treba koristiti futprint koji je prilagođen fizičkom izgledu u konkretnom slučaju.

MAPIRANJE SIMBOLA I FUTPRINTA USMERAČKE DIODE

Za običnu (usmeračku) diodu u Šematiku koristimo simbol DIODE iz standardne biblioteke simbola Miscellaneous devices.lib, a futprint koji joj najčeće odgovara je DIODE0.4 iz standardne biblioteke futprintova PCB Footprints.lib (Slika P.3). Međutim, ako malo bolje pogledamo oznake pinova simbola i padova futprinta, vidimo da tu postoji neslaganje. Pinovi su u simbolu obeleženi sa 1 i 2, a padovi u futprintu sa A i K. Pošto između njih mora postojati preslikavanje jedan-na-jedan, u PCB se neće moći učitati futprint diode u ovakvom stanju.

Postoje dva moguća rešenja ovog problema:


82

(a) Iz standardne biblioteke simbola Miscellaneous devices.lib prekopiramo simbol diode u našu biblioteku simbola, npr. Simbol.lib, promenimo oznake pinova simbola u A i K, i apdejtujemo šemu.

(b) Iz standardne biblioteke futprintova PCB Footprints.lib prekopiramo futprint diode u našu biblioteku futprintova, npr. Otisak.lib, promenimo oznake pinova futprinta u 1 i 2, i taj futprint koristimo na PCB-u. Naravno, pre učitavanja Net liste potrebno je uključiti našu biblioteku.

(a) Standardni simbol (b)Standardni futprint

Slika P.3. Dioda u Protelu

PROBLEM SA APDEJTOVANJEM ŠEME NAKON IZMENE SIMBOLA

Često se dešava da nam mapiranje pinova određenog simbola ne odgovara, kao npr. NPN tranzistor kod bežičnog mikrofona u vežbi 2. Tada iz standardne biblioteke simbola Miscellaneous devices.lib prekopiramo simbol u našu biblioteku simbola, npr. Simbol.lib, promenimo oznake pinova simbola i onda apdejtujemo šemu. Pritiskom na dugme Update Schematic (slika P.4b) izvršene izmene simbola se prenose na sve trenutno otvorene šeme koje sadrže dati simbol (slika P.4c).

(a) Početni izgled (b) Krajnji izgled i apdejtovanje (c) Šema na koju se izmene odnose

Slika P.4. Izmena redosleda pinova simbola

Međutim, dešava se da iako smo sve dobro uradili, izmene simbola se ne prenesu na željenu šemu. To se desi zato što se (iz nepoznatog razloga, najverovatnije softverske greške u Protelu) ne uspostavi logička veza između biblioteke simbola i šeme. Ovo može da se popravi tako što se projekti sa bibliotekom simbola i šemom zatvore i ponovo otvore, i ponovo pokuša apdejtovanje. Ako ni to ne pomogne, nema nam druge nego da našu biblioteku simbola uključimo u spisak biblioteka u šematiku i direktno iz nje uzmemo simbol sa izmenama.

PINOVI SIMBOLA I NAPAJANJE INTEGRISANIH KOLA

Komponente u šemi (simbole) povezujemo pomoću žica. Jedino mesto gde se može ostvariti električna veza između komponente i žice jeste pin komponente, tačnije tzv. „vrući kraj“ pina. To je tačka na samom kraju duži koja simbolizuje pin (slika P.5). Na njemu se, prilikom pokušaja povezivanja žice, pojavljuje kružić.


83

Slika P.5. Povezivanje žice i pina Slika P.6. Prikazani pinovi za napajanje

Na slici je prikazano integrisano kolo 7474 iz još jednog razloga, a to je povezivanje napajanja integisanih kola. Po defaultu, pinovi za napajanje (VCC i GND) se ne vide, pa da bismo ih prikazali, potrebno je dvaput kliknuti na komponentu i čekirati opciju Hidden Pins. Sada vidimo da je GND na pinu 7, a VCC na pinu 14 (kućište ovog integrisanog kola je DIP14). Najčešće u šematiku nije ni potrebno brinuti o povezivanju napajanja integrisanih kola. Dovoljno je u kolu imati čvorove sa nazivom GND i VCC, i prilikom učitavanja Net liste u PCB-u pinovi 7 i 14 će automatski biti povezani tamo gde treba. U Vežbi 2 kod FM mikrofona smo videli da se može desiti, da ako ima više integrisanih kola u istom kućištu (LM358), na jedno od njih dovodimo napajanje, a na ostale ne.

Pored svega ovoga, postoje integrisana kola kod kojih se pinovi za napajanje ne zovu baš GND i VCC, ili imaju još nekoilko skrivenih pinova. Jedno od takvih je integrisano kolo LM723, prikazano na slici P.7. Prikazivanjem njegovih skrivenih pinova, možemo konstatovati da ih je ukupno četiri. Ako bismo želeli da povežemo pin VZ (9), uvideli bismo da on nema vrući kraj. Kako onda povezati skrivene pinove?

(a) Bez skrivenih pinova (b) Sa skrivenim pinovima

Slika P.7. Integrisano kolo LM723

Pokazalo se da skriveni pinovi, iako na prvi pogled nemaju vrući kraj, mogu regularno da se povezuju kao i svi ostali pinovi.

POJAVLJIVANJE NEŽELJENIH ČVOROVA NA VEZAMA

Pri povezivanju komponenti žicama, može da se desi da se na nekom ukrštanju žica pojavi čvor, iako on tu ne treba da se nađe. Mi smo želeli da žice pređu jedna preko druge (H i V1 na slici P.8a), a ne da se spoje. Ovakva slučajna greška može da dovede do fatalnog ishoda ukoliko se ne otkrije, jer se topologija kola može značajno promeniti. Delimično rešenje je obrisati čvor, ali se on posle pojavi. Ali zbog čega je on tu?

(a) Problem (b) Uzrok problema

Slika P.8. Neželjeni čvor

Ako malo bolje pogledamo horizontalnu žicu obeleženu sa H (slika P.8b), videćemo da se ona sastoji iz dva dela. Njihov spoj se nalazi tačno tamo gde prolazi vertikalna žica V1, i zbog toga je došlo do neželjenog čvora. Prema tome,


84

treba voditi računa da kada spajamo komponente, najbolje je da to činimo iz jednog poteza, a ne mnoštvom kratkih veza.

Ista stvar se može desiti ako nehotice prevučemo žicu preko vrućeg kraja neke komponetne (slika P.9). S druge strane, potpuno je dozvoljeno (mada ne izgleda baš lepo) prevlačiti žicu preko tela komponente.

Slika P.9. Prevlačenje žice preko komponente

Takođe, treba zapamtiti da se električni kontakt može ostvariti jedino vezom pomoću žice (wire) iz palete alatki Wiring Tools, a nikako pomoću linije (line) iz palete alatki Drawing Tools (slika P.10). Do zabune lako može doći jer se žica i linija na šemi razlikuju samo po nijansi plave boje.

Slika P.10. Palete sa alatkama Wiring i Drawing Tools

MENJANJE NEKE OSOBINE ZA VIŠE KOMPONENATA NA ŠEMI ODJEDNOM

Prikazaćemo operaciju koja može ubrzati proces rada u Protelu kada imamo više istih komponenti na šemi i želimo da im svima promenimo određenu osobinu. Uzećemo primer sa otpornicima, kada želimo svima da im podesimo isti futprint, u ovom slučaju AXIAL0.4 (slika P.11a).

(a) Dijalog boks Part (b) Njegov izgled kada se klikne na dugme Global

Slika P.11. Menjanje nekog svojstva za više komponenata

Duplim klikom na bilo koji otpornik otvara se dijalog boks Part, potom upišemo ime futprinta u predviđeno polje. Kliknemo na dugme Global i time se dijalog boks proširi, slika P.11b. U kolonu Attributes to match by, u polje Lib Ref treba prekopirati ime simbola, u ovom slučaju RES2. Time smo Protelu rekli da želimo da utičemo na sve elemente sa datim imenom simbola, dakle na sve otpornike. U kolonu Copy Attributes, u polje Footprint treba prekopirati ime futprinta. Time smo Protelu dali do znanja da želimo svim otpornicima (RES2) da postavimo isti futprint (AXIAL0.4). Još samo ostaje da izaberemo opciju da se promena odnosi na trenutno otvorenu šemu (a ne npr. na sve postojeće šeme). To se podesi u dnu dijalog boksa, u polju Change Scope.

Ovo je samo jedan primer primene opcije Global, koja zbog mnoštva opcija i kombinacija koje mogu da se izvedu, može biti veoma korisna. Operacija analogna ovoj je izvodljiva i u PCB Editoru, kada želimo da u istom potezu promenimo neko svojstvo za više futprintova.

ŠTA KADA SE U PCB EDITORU NEKI FUTPRINT NE UČITA?

Često se desi da se u PCB Editoru, prilikom učitavanja Net liste pojave određene greške zbog kojih se neki futprint ne učita, ili se učita, ali se njegovi pinovi uopšte ne povežu na predviđene čvorove (slika P.13).


85

Slika P.12. Net lista kao veza između šeme i PCB-a Slika P.13. Greška pri učitavanju Net liste

Potrebno je pročitati prikazanu poruku o grešci, koja nam može pokazati gde je greška. Svaki problem ovog tipa se može rešiti na tri mesta: u šemi, u Net listi i na PCB-u. Navešćemo osnovne principe rešavanja problema u svakom od njih.

Rešavanje problema u Šematiku

Neki od mogućih uzroka i način njihovog otklanjanja: • Neslaganje mapiranja pinova simbola i padova futprinta komponente – Klasičan ptimer za ovo je

standardan simbol i futprint usmeračke diode, o čemu je bilo reči. Pre pravljenja Net liste moramo svakom simbolu u šemi dodeliti odgovarajući futprint. Štaviše, oznake pinova simbola i futprinta moraju se u potpunosti poklapati. Ako su pinovi simbola obeleženi npr. sa Č, Ž i Š (hipotetički), onda i padovi futprinta moraju biti takođe obeleženi sa Č, Ž i Š.

• Slovna greška u nazivu futprinta – Ovo se često javlja kod simbola koji po defaultu imaju dodeljen futprint. Na primer, simbol nekog integrisanog kola, čim ga stavimo na šemu, ima dodeljen futprint DIP-14, i to je naizgled OK. Međutim, naziv futprinta u standardnoj biblioteci je DIP14, dakle bez crtice, i takva banalnost dovodi do greške.

• Dupliranost naziva komponenti – Prilikom obeležavanja komponenti u šemi, može se dogoditi da nehotice dvema komponentama dodelimo isto ime (Designator), npr. R1. U tom slučaju Protel će u PCB Editor učitati futprint samo jedne od komponenti. Ovo se često dešava kada radimo na brzinu, pa imena komponenti posle postavljanja u šemu i ne promenimo, već ostanu generička imena, npr. R?.

• Pogrešna povezanost komponente u kolo – Kad smo ustanovili da komponenta neće da se učita u PCB Editoru kako bi trebalo, poželjno je proveriti kako je ona povezana u šemi. Zato u Šematiku uzmemo dotičnu komponentu i pomerimo je gore, dole, u stranu, da bismo proverili kako su njeni pinovi povezani žicama. Može se desiti da žica nije povezana na vrući kraj pina, ili da negde u kolu postoje neželjeni čvorovi koji menjaju topologiju kola.

Naravno, posle svake izmene šeme potrebno je napraviti novu Net listu.

Rešavanje problema u Net listi

Pre svega, da vidimo šta je to Net lista. Net lista predstavlja vezu između šeme i PCB-a (slika P.12). Ona nije ništa drugo do običan tekstualni fajl koji Šematik generiše po našem zahtevu. Taj tekstualni fajl možemo prizvoljno editovati, ukoliko se za tim ukaže potreba. Na slici P.14 je prikazana šema i sadržaj Net liste PIC programatora iz Vežbe 1.

Slika P.14. Šema i njoj odgovarajuća Net lista


86

Kao što možemo da vidimo, Net lista ima dve logičke celine (na slici su te dve celine zaista odvojene da bi se istovremeno mogao pogledati celi fajl).

U prvom delu su taksativno nabrojane sve komponente, sa pripadajućim futprintovima i vrednostima. Ta tri podatka su upravo ona tri (Designator, Footprint i Part Type) koja mi unosimo pri postavljanju simbola na šemu.

U drugom delu su nabrojana imena svih čvorova, svaki sa pinovima koji se na njega povezuju. Primetimo da neki čvorovi imaju upravo ona imena koja smo im mi dodelili (VCC i GND), a neki imaju generička imena, npr. NetK1_3.

Znajući kako je Net lista organizovana, a ukoliko već nismo uspeli grešku da popravimo u Šematiku, to možemo učiniti u Net listi. Na primer, ako bismo želeli da pin 6 konektora vežemo na pin 8, samo treba naći gde je pin 8 priključen, i tu dodati pin 6. U ovom slučaju, ispod naziva čvora NetK1_8 treba dodati novi red sa podatkom K1-6.

Ne smemo zaboraviti, da posle svake izmene, a pre učitavanja u PCB, Net listu moramo sačuvati. Ovakva intervencija je ponekad zaista neophodna, npr. kod nekih integrisanih kola se pin za napajanje označava

sa VC umesto sa VCC. Brisanjem čvora VC i dodeljivanjem pinova koji su na njega povezani čvoru VCC, stvar se potpuno popravlja.

Posle ovakvog „ručnog“ pravljenja Net liste, doći će do neslaganja između šeme i Net liste, ali naš primarni cilj nije da imamo lepu šemu, već ispravan PCB.

Rešavanje problema u PCB Editoru

Ako iz nekog razloga nismo uspeli da problematičnu komponentu povežemo ni u Šematiku, ni u Net listi, to ipak možemo učiniti i na PCB-u. Pored toga, može nam se desiti da slučajno obrišemo neki futprint sa PCB-a. U nastavku ćemo ilustrovati slučaj da nam se na PCB-u PIC programatora otpornik R2 nije učitao, ili smo ga obrisali, uglavnom nema ga tamo gde bi trebalo da bude.

(a) Nalaženje futprinta u biblioteci (b) Postavljanje pripadnosti padova određenom čvoru

Slika P.15. Postupak ručnog postavljanja futprinta na PCB

Da bismo futprint otpornika postavili na PCB, najpre ga moramo naći u biblioteci, slika P.15a. U ovom slučaju to je standardna biblioteka PCB Footprints.lib, a ime futprinta je AXIAL0.4. Ako se radi npr. o nekom našem futprintu, potrebno je biblioteku u kojoj se on nalazi najpre uključiti. Komponentu uzimamo tako što pritisnemo dugme Place i potom je spustimo na PCB. Tom novom otporniku je potrebno najpre podesiti ime (Designator) na R2 i vrednost (Part type) na 22K. Sada je potrebno padove komponente dodeliti tačno određenim čvorovima. Imena tih čvorova moramo najpre saznati. Najlakše je pogledati u Net listi (slika P.14). Iz Net liste vidimo da pad 1 pripada čvoru NetK1_7, a pad 2 čvoru NetR2_2. Sada dvaput kliknemo na pad 1 i otvori nam se dijalog boks. Na tabu Advanced u polju Net su izlistani svi čvorovi koji postoje u kolu. Iz liste odabrati čvor NetK1_7. Isto tako, pad 2 teba dodeliti čvoru NetR2_2.

Na opisan način možemo bilo koji pad na PCB-u dodeliti bilo kom čvoru, čime možemo dobiti kolo koje se potpuno razlikuje od polaznog, koje se nalazi u Šematiku.

ŠTA KADA NAŠ FUTPRINT „BEŽI“?

Nekad se desi, da kada nacrtamo neki naš futprint (kao primer u ovom slučaju uzećemo LED diodu), pri njegovom postavljanju, imamo problema da ga pozicioniramo jer je on „pobegao daleko“, slika P.16.


87

Slika P.16. Nevaljali futprint

Pretpostavimo da smo želeli da naš futprint LED diode postavimo na PCB PIC programatora. Iz naše biblioteke uzmemo futprint i pokušamo da ga postavimo na PCB. Međutim, futprint se ne nalazi na istoj poziciji kao i kursor, već je smaknut. Zelena strelica prikazuje poziciju kursora, a crvena poziciju futprinta, slika P.16. Pomeranjem kursora pomera se i futprint, ali sa kostantnom smaknutošću. Ovo ne predstavlja problem ako je ta smaknutost mala, ali ako je velika, može potpuno da nam onemogući normalan rad u PCB Editoru.

Ovo se dešava iz razloga što smo futprint nacrtali daleko od koordinatnog početka radne površine predviđene za crtanje futprinta u PCB Library Editoru, slika P.17a.

(a)Van koordinatnog početka (b) U koordinatnom početku

Slika P.17. Moguće pozicije našeg futprinta pri crtanju u PCB Library Editoru

Pri crtanju futprinta u našoj biblioteci, treba voditi računa da on bude nacrtan u koordinatnom početku, kako ne bismo imali problema pri njegovom korišćenju. Ako smo futprint već nacrtali van koordinatnog početka, treba otvoriti biblioteku futprintova u PCB Library Editoru, onu gde je on nacrtan (npr. Otisak.lib) i premestiti ga u koordinatni početak. Ovo možemo postići na dva načina, prvi je da ceo futprint selektujemo i bukvlano odvučemo u koordinatni početak. Drugi način je mnogo elegantniji, koristimo opciju EditSet reference. Tu vidimo da postoje tri podopcije: Pin 1, Center i Location. Najčešće se koristi opcija Pin 1, kojom pin (pad) sa brojem 1 postavimo tačno u koordinatni početak. Međutim, kako su nama padovi LED diode označeni sa A i K (nema pina 1), ovde je iskorišćena opcija Center, kojom je geometrijski centar futprinta postavljen u koordinatni početak, slika P.17b. Posle svake izmene futprinta, biblioteku treba sačuvati, a izmene futprinta preneti na trenutno otvorene PCB dokumente pritiskom na dugme UpdatePCB.

JOŠ NEKOLIKO SAVETA U VEZI CRTANJA FUTPRINTOVA

Daćemo nekoliko saveta koji mogu da unaprede crtanje futprinta u PCB Library Editoru.


88

Slika P.18. Traka pod proizvoljnim uglom P.19 Dijalog boks Arc P.20. Dijalog boks Pad

Crtanje trake pod proizvoljnim uglom - Kod crtanja futprinta kalema u vežbi 2 susreli smo se sa potrebom da određene trake vučemo koso. Pri samom crtanju trake, Protel nam dozvoljava samo tri moguća ugla pod kojim one mogu da se nađu: 0˚ (horizontalno), 90˚ (vertikalno) i 45˚. Međutim, često imamo potrebu da, radi postizanja vizuelne sličnosti futprinta sa realnom komponentom, određene trake nacrtamo pod nekim proizvoljnim uglom. Evo kako se to postiže. Prvo traku nacrtamo npr. horizontalno, a onda dvaput zaredom (ne dupli klik) kliknemo na sam njen kraj. Ovo se može postići i opcijom EditMoveDrag Track End. Sada je traka fiksirana na svom početku, a mi možemo njen kraj proizvoljno pomerati i time je postaviti pod proizvoljnim uglom, slika P.18. Istovremeno joj možemo menjati i dužinu.

Crtanje kružnice proizvoljnog izgleda – Za crtanje kružnice postoji više različitih opcija u paleti alatki Placement Tools. Međutim, dovoljno je koristiti opciju Full Circle i postaviti na radnu površinu kružnicu proizvoljne veličine. Potom dvaput kliknemo na nju i pojavi se dijalog boks Arc, slika P.19. Menjanjem ovih polja, mi možemo potpuno izmeniti početni izgled kružnice. U polju Radius menjamo njen poluprečnik. Ako želimo dobiti oblik kružnice kojoj fali odsečak (kao kod futprinta LED diode), menjamo vrednosti u poljima Start Angle i End Angle.

Dimenzije i oblik padova – U dosadašnjem radu nismo vodili računa o dimezijama padova futprintova koje smo crtali, najčešće iz razloga što su to bile „sitne“ komponente. Međutim, padovi su važan deo svakog futprinta kao buduće lemno mesto na pločici. Iz tog razloga, potrebno je voditi računa o njihovim dimenzijama, obliku, i prečniku rupe. Ova svojstva možemo menjati u dijaog boksu Pad, koji se otvara duplim klikom na pad, slika P.20. Pri crtanju nekog futprinta, potrebno je izmeriti ili iz datasheeta komponente saznati prečnik nožica komponente. Dimenzija rupe na padu mora biti veća od prečnika nožice. Veći prečnik nožice (npr. kod komponenti za veće struje i napone) za sobom povlači i to da lemno mesto (pad) mora biti veće. Pošto su često nožice na bliskom rastojanju, za takve komponente koristimo pad kome su X i Y dimenzije različite (oblik elipse). Takođe, možemo menjati i oblik pada.

DATASHEET, ŠTA ON SADRŽI I KAKO NAĆI ODGOVARAJUĆI ZA DATU KOMPONENTU

Datasheet (koristi se i još i termin databook) je dokument sa kataloškim podacima (tehnička dokumentacija) nekog uređaja, u ovom slučaju elektronske komponente. U elektronskoj formi to je fajl u .pdf formatu i zavisno od složenosti komponente, sadrži od jedne strane do više desetina strana. On sadrži podatke o svim električnim i mehaničkim karakteristikama date komponente: simbol, fizički izgled, unutrašnju strukturu, maksimalne i radne vrednosti električnih veličina, dimenzije kućišta, raspored nožica na kućištu itd. Takođe, neki datasheetovi sadrže podatke za čitavu familiju srodnih komponenata. Pored datasheetova, u cilju olakšanja korišćenja svojih proizvoda, proizvođači izdaju i tzv. Application Notes, tj. preporuke o primeni.

U principu, svaku komponentu proizvodi veći broj proizvođača (često pod različitim imenom), i svaki od njih daje svoj datasheet, ali se tehnički podaci u njima (za jednu te istu komponentu) u suštini ne razlikuju. Datasheetovi iste komponente se razlikuju samo po pristupu krajnjem korisniku (nama), jer neki proizvođači šturo izlože samo najosnovnije podatke, a neki se potrude da prikažu sve moguće podatke, karakteristike, grafike, kao i najznačajnije primere primene te komponente u praksi.

Mi ćemo ovde prikazati primer pronalaženja datasheeta na internetu integrisanog kola LM7805, regulatora pozitivnog napona na 5V, kao i pronalaženje za nas najbitnijih podataka u samom datasheetu.

Kada tražimo neki datasheet na internetu, bolja varijanta je otići na neki od sajtova koji su specijalizovani baš za to, npr. www.datasheetcatalog.com ili www.alldatasheet.com . Tamo ukucamo ime komponente (ili deo imena, ili opis) koju tražimo i odmah se izlista spisak datasheetova te komponente kod različitih proizvođača. Mi smo se odlučili za datasheet firme National Semicondustors, slika P.21. Druga varijanta je otići na Gugl i tamo otkucati npr. „LM7805 datasheet pdf“ i već u prvih nekoliko linkova naći ćemo ono što nam treba.


89

Slika P.21. Pretraga datasheetova na sajtu DatasheetCatalog

Kada nađemo datasheet koji nam treba, moramo znati šta tačno tražimo u njemu. Struktura svakog od njih je skoro identična. Na početku obično stoje generalni podaci o komponenti, njena slika, tipovi kućišta, raspored pinova itd. Potom slede detaljne električne karakteristike i eventualno primeri primene komponente. Na kraju obično stoje strana ili dve o tačnim fizičkim dimenzijama. Ono što je za nas u ovom trenutku bitno jesu fizičke dimenzije komponente i raspored pinova. Znači otvorimo datasheet, pogledamo početnih jednu, dve strane, nađemo kako komponenta izgleda i utvrdimo izgled futprinta i raspored pinova, a ako nam trebaju tačne fizičke dimenzije pogledamo obično negde na samom kraju i to bi bilo to. Ukoliko ne nađemo ono što smo tražili, moguće je da smo naleteli na neki siromašan datasheet i onda potražimo drugi (dakle od drugog proizvođača, pošto smo već rekli da su podaci isti).

Ono što treba da saznamo iz datasheeta je: • izgled futprinta, koji mora realno odslikavati projekciju komponente gledanu odozgo, a njegovi padovi

imati fizički isti raspored kao pinovi realne komponente. • kako su međusobno mapirani pinovi realne komponente i futprinta, i futprinta i simbola koje koristimo

u Protelu Kada smo te dve stvari utvrdili, ukoliko postoji neslaganje u mapiranju između realne komponente i futprinta, ili

futprinta i simbola, moramo izvršiti korekciju mapiranja: • Ako primetimo da raspored pinova realne komponente i simbola koji koristimo ne odgovaraju, a za

komponentu možemo iskorisititi neki standardan futprint (proučiti slučaj sa tranzistorom u vežbi 2), potrebno je u našoj ličnoj biblioteci simbola izmeniti redosled pinova simbola. Na primer, ako padu futprinta sa oznakom 3 odgovara kolektor tranzistora, onda i pin kolektora na simbolu treba da ima oznaku 3. Istom logikom podesiti i ostale pinove simbola.

• Ako imamo simbol čiji raspored pinova odgovara realnoj komponenti (npr. upravo slučaj sa LM7805), a nemamo odgovarajući futprint, onda ga moramo nacrtati i njegove padove obeležiti prema pinovima simbola. Na primer, ako neki pad futprinta, prvi sleva, odgovara ulaznom pinu komponente Vin, a Vin na simbolu na šemi je na pinu 1, onda tom padu prvom sleva treba dodeliti broj 1, slika P.23c. Istom logikom podesiti i ostale padove futprinta.

U praksi se najčešće dešava da ili podešavamo pinove simbola tako da odgovaraju nekom standardnom futprintu, ili podešavamo futprint tako da odgovara nekom standardnom simbolu. Retko se dešava da menjamo obe stvari. Pri svemu ovome oupšte nije bitno kako se pinovi i padovi tačno zovu (jabuka, kruška, šljiva ili 1,2,3), bitno je samo da na kraju svaki pin realne komponente bude povezan isto kao što je povezan njegov simbol u šematiku. Napominjemo da nije preporučljivo vršiti izmene nad simbolima i futprintovima iz standardnih Protelovih biblioteka, već komponentu koju želimo menjati prvo iskopiramo u našu biblioteku, tu je izmenimo, i tako izmenjenu koristimo.

(a) Deo strane 1/7 (b) Strana 6/7

Slika P.22. Delovi datasheeta koji nam trebaju


90

Što se tiče datasheeta LM7805 koji smo našli, već na prvoj strani nam je prikazana komponenta i to zapakovana u dva tipa kućišta, slika P.22a. Jedno je TO-3, a drugo je TO-220. Ovo su ujedno i imena futprintova u Protelu. Recimo da nam je na raspolaganju komponenta u kućištu TO-220. Pri kraju datasheeta možemo naći tačne fizičke dimenzije ovog kućišta, slika P.22b. Kada u biblioteci PCB Footprints.lib nađemo futprint TO-220 (slika P.23b), vidimo da njegove dimezije upravo odgovaraju datoj komponenti kada je položena a nožice savijene, i to je OK, znači možemo taj futprint koristiti. Sledeća stvar na koju moramo obratiti pažnju je podudaranje pinova između simbola, futprinta i realne komponente. Gledajući redosled pinova u datasheetu, simbolu i futprintu, vidimo da se sve poklapa. Eventualno možemo u našoj biblioteci futprintu TO-220 oznaku pada 0 promeniti na 2, pošto vidimo da je tako obeleženo u datasheetu.

(a) Simbol (b)Standardni futprint TO-220 (c) Naš futprint TO-220V

Slika P.23. LM7805 u Protelu

Pored toga, komponenta sa ovim kućištem se može montirati i uspravno, što je češći slučaj. Da bismo nacrtali futprint za tu varijantu, moramo pogledati njene tačne fizičke dimenzije, slika P.22b. Možemo crtati svoj futprint od nule, a možemo i izmeniti neki postojeći. Npr. uzmemo futprint TO-126 iz PCB Footprints.lib, iskopiramo u našu biblioteku i pošto je rastojanje između padova odgovarajuće, samo proširimo žuti okvir u Top Overlay sloju tako da odgovara stvarnim dimenzijama komponente, slika P.23c.

Da rezimiramo, opisani postupak se primenjuje na bilo koju komponentu, u tri koraka: naći datasheet, naći potrebne podatke, uz pomoć njih doći do futprinta koji odgovara simbolu.

Generalno, treba obratiti pažnju na to sa koje strane je komponenta u datasheetu prikazana. Recimo, većina tranzistora je prikazana sa strane i odozdo. Futprint predstavlja projekciju tranzistora gledanog odozgo, pa da bismo tačno odredili mapiranje, moramo (barem u mislima) okrenuti sliku kao u ogledalu.

ŠTAMPANJE DOKUMENATA U PROTELU

Štampanje Šematik dokumenta – Obavlja se slično kao u bilo kom Windows programu, u šematiku odaberemo opciju File Print. Podešavanje štampača i opcija za štampanje se vrši pomoću opcije File Setup Printer.

Štamapanje PCB dokumenta – Obavlja se radi dobijanja krajnjeg proizvoda, a to su maske PCB lejera. To je poslednji korak u dizajnu PCB-a posle koga dolazi praktična realizacija, dakle izrada pločice i postavljanje i lemljenje komponenti. Štampanu pločicu možemo sami izraditi, ili to prepustiti firmi koja to profesionalno radi. U tom slučaju nam štampanje nije potrebno.

Čak i ako ne nameravamo da sami izrađujemo pločicu, ponekad je korisno odštampati izgled PCB-a radi sticanja osećaja kolike bi bile dimenzije realne pločice. Takođe, time možemo proveriti da li se poklapaju oblik i dimenzije realnih komponenti i njihovih futprintova. Bolje je potrošiti nekoliko listova papira nego ponovo izrađivati ili „budžiti“ pločicu u slučaju eventualne greške.


91

Slika P.24. Budući izgled odštampanog dokumenta Slika P.25. Podešavanje opcija

Proces pripreme za štampu PCB dokumenta počinje izborom opcije File Print/Preview u PCB Editoru. Otvara se novi prozor sa prikazom budućeg izgleda odštampanog dokumenta, slika P.24. Desnim klikom na Multilayer Composite Print i izborom opcije Properties otvaramo prozor koji služi za podešavanje opcija za štampu, slika P.25. Tu podešavamo spisak lejera koje želimo da odštampamo. Da bismo dobili izgled maske koja nam je potrebna za izradu pločice (slika P.26), potrebni su sledeći lejeri: Bottom Layer-metalne veze, Keep Out Layer-spoljni okvir i Multi Layer- rupice. Ostale slojeve treba izbaciti iz liste. Lejeri u listi su poređani hijerarhijski, pa da bismo prikazali rupice, sloj Multi Layer treba da bude na vrhu, što postižemo selektovanjem sloja i pritiskom na dugme Move Up, slika P.25. Još treba čekirati opcije Show Holes, da bi prikazali rupe, i Black & White, da štampa bude crno-bela. Zavisno od postupka izrade, nekad je potrebno opcijom Mirror Layers pločicu okrenuti u ogledalu, čime se dobija izgled kao na slici P.27.

Slika P.26. Izgled maske za izradu pločice P.27. Izgled maske okrenute kao u ogledalu

Sâmo štampanje se započinje opcijom File Print Current. Maske prikazane na slikama P.26 i P.27. služe za izradu PCB-a, ali pored toga, mi možemo posebno odštampati i

neke druge lejere. Na primer, kod pločice sa većim brojem komponenti, vrlo je praktično odštampati i verziju sa slojem Top Overlay (kao na slici P.24), koju koristimo za orijentaciju pri montaži i lemljenju komponenti.

Pre samog štampanja, nekad je potrebno izvršiti još neke korekcije na pločici. Na primer, da bismo bili sigurni na nam pri izradi pločice kiselina neće previše izgristi bakarna lemna mesta (padove), vratimo se u PCB Editor i povećamo padove koliko god nam pravila dizajna dozvoljavaju.

Još jedan savet

Inženjerski pristup projektovanju PCB-a nalaže da unapred razmišljamo i o tome gde će krajnji uređaj za koji projektujemo pločicu biti smešten – da li će on služiti kao probni primerak koji će stajati na stolu, ili će biti ugrađen u neku kutiju, pričvršćen na neko postolje, i sl. Pločica se za postolje ili kutiju najčešće pričvršćuje šrafovima (vijcima), pa je potrebno još u toku projektovanja PCB-a voditi računa o tome gde bi trebalo da se nalaze rupe kroz koje oni treba da prođu. Najčešće su to sami uglovi pločice, ali to ne mora uvek da bude slučaj. Kada sami izrađujemo štampanu pločicu, rupe za šrafove možemo izbušiti gde god nam odgovara, na slobodnom delu PCB-a. Međutim, mnogo bolji utisak ostavlja pločica kod koje unapred predvidimo gde će se rupe nalaziti i namenski za njih postavimo oznake. Na slici P.28 je prikazan jedan primer takve oznake. Pad u ovom slučaju ne služi kao lemno mesto, već nam samo pomaže da burgijom naciljamo mesto za bušenje, pa njegove dimenzije nisu toliko bitne. Oko pada se može postaviti dodatni kružni okvir čiji je prečnik u ovom slučaju 150 mila, što otprilike predstavlja prečnik buduće rupe.


92

Slika P.28. Oznaka za mesto za bušenje, u PCB-u i kao Print Preview

pro tel micro cap

Documents