Разработка и постановка лабораторных работ по курсу "Проектирование радиоэлектронных систем"

4.5 Поворот, отражение зеркально и выравнивание объектов

Эти функции выбираются из меню Действие или из панели инструментов. Для вызова этих функций можно также использовать всплывающее меню (щелчок правой кнопкой мышки).

Повернуть

Эта функция поворачивает все выделенные элементы по часовой стрелке на заданный угол. Для выбора угла поворота следует нажать на стрелку в кнопке.

Отразить по вертикали / горизонтали

Все выделенные элементы отобразятся зеркально по горизонтали или вертикали.

Выровнять

Эта функция позволяет выровнять выделенные объекты по заданному признаку из всплывающего меню.

Привязать к сетке

Эта функция позволяет выровнять выделенные элементы по растру сетки. В случае выделения группы объектов перемещается вся группа.

4.6 Работа со сгруппированными элементами

Элементы на плате могут быть объединены в группы. Группы облегчают производить выбор, перемещение или редактирование всех членов группы посредством единственной операции. Группы также защищают входящие в них элементы от нежелательных изменений. Нельзя удалить элемент, принадлежащий группе. Для создания группы необходимы, по крайней мере, два элемента. Группы могут содержать любые элементы, а также подгруппы.

Если требуется удалить или изменить индивидуальные элементы группы, необходимо сначала произвести разгруппировку. При разгруппировке сначала разделяется последняя созданная группа. Далее следует повторять операцию с подгруппами до требуемого уровня.

Вызов операции производится выбором Группировать или Разгруппировать из пункта Действие главного меню или из панели инструментов. Эти функции также доступны во всплывающем меню (правая кнопка мышки) редактора. При операции Вставить группирование элементов происходит автоматически.

4.7 Связи

Связями можно обозначить соединения между контактными площадками, а также smd-контактами. Это поможет при трассировке печатной платы. Связи также очень важны для работы с интегрированным автотрассировщиком который использует их при автоматическом нанесении проводников на плату. Связи, показанные как тонкие растягивающиеся линии, очень полезны для определения оптимального расположения компонентов. Перемещая компоненты по плате, следует добиться минимального количества пересекающихся линий.

Для включения режима установки соединений следует нажать на соответствующий пункт:

Связи могут быть проведены только между контактными площадками и smd-контактами. Щелчком левой кнопки мышки следует указать первый контакт соединения. Линия связи будет тянуться за курсором до следующего контакта, на котором также следует щелкнуть левой кнопкой. Правая кнопка мышки позволяет завершить режим установки связей. Удаление существующих связей осуществляется вручную. Для удаления существующей связи следует нанести ее повторно. При этом она будет удалена.

Автоматическое удаление связей

Этот режим позволяет автоматически удалять связи, в соответствии с которыми уже проложены линии проводников. Режим Удаления включается из пункта Действие главного меню или нажатием на значек в панели инструментов. Sprint Layout позволяет анализировать обе стороны печатной платы. После окончания анализа появится окно с результатами.

4.8 Автотрассировщик

Программа включает в себя простейший трассировщик, способный автоматически соединить два намеченных контакта. Контактные площадки предварительно должны быть соединены связью. Для выбора этого режима необходимо щелкнуть левой кнопкой мышки по значку:

Появится окно автотрассировщика:

Рисунок 27

Ширина:

Здесь следует выбрать ширину проводника.

Интервал:

Здесь выбирается минимально допустимое расстояние между проводником и другими элементами.

4.9 Выбор соединения

Щелчком левой кнопки мышки выбирается линия связи, которую заменит проводник. При перемещении курсора на линию связи, последняя подсветится. Проложенный проводник будет помещен в активный слой. Следует удостовериться, что активизирован требуемый слой.

Автотрассировщик ищет самый короткий путь для проводника. Это позволяет добиться минимального расстояния между соединяющимися элементами. Если такой путь существует, проводник будет проложен. В противном случае, появится соответствующее сообщение. Проводники, проложенные автотрассировщиком, имеют внутри тонкую дополнительную линию. Таким образом, можно различать авто- и проложенные вручную.

Удаление созданного автотрассировщиком проводника

Для удаления проводника, проложенного автотрассировщиком, следует вызвать автотрассировщик, наведя курсор на проводник, щелкнуть левой кнопкой мышки и нажать клавишу Del.

Редактирование проводника

Редактирование проводника, проложенного автотрассировщиком, ничем не отличается от редактирования обычного проводника.

4.10 Использование буфера обмена

Для выделенных объектов существует ряд функций, использующих буфер обмена - вырезать, копировать, вставить, дублировать. Эти функции также доступны для выбора на панели инструментов:

Вырезать. Копирует выделенные элементы в буфер обмена и удаляет их с рабочего поля.

Копировать. Копирует выделенные элементы в буфер обмена. Элементы остаются на рабочем поле.

Вставить. Одним щелчком мышки элементы из буфера обмена устанавливаются на рабочем поле.

Дублировать. За одно действие выполняются две операции - копировать и вставить.



5. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

5.1 Транзистор КТ-312Б

Рисунок 28 - Транзистор КТ-312Б

5.2 Резистор Р1-71

Р1-71 (аналог CR) АБШК.434110.048 ТУ - постоянный непроволочный углеродистый резистор общего применения всеклиматического изолированного варианта исполнения. Предназначен для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Резисторы предназначены для ручной и автоматизированной сборки аппаратуры. Соответствует международному габаритно-мощностному ряду.

Таблица 3 - Характеристики резисторов

Условное обозначение Номинальная мощность рассеяния, Вт Диапазон номинальных сопротивлений, Ом Предельное рабочее напряжение постоянного тока, В P1-71-0,125 0,125 1-4,7*106 200 P1-71-0,25М 0,25 1-4,7*106 200 P1-71-0,25 0,25 1-22*106 250 P1-71-0,5М 0,5 1-22*106 250 P1-71-0,5 0,5 1-22*106 350 P1-71-0,1М 1 1-22*106 350 P1-71-0,1 1 1-22*106 500 P1-71-0,2М 2 1-22*106 500

Таблица 4 - Габаритные размеры резисторов

Вид резистора		Габаритные размеры
	L	D	H	d
P1-71-0,125	3,3±0,2	1,8±0,2	29±2,0	0,5±0,06
P1-71-0,25М
P1-71-0,25	6,0±0,6	2,2±0,3	28±2,0	0,6±0,1
P1-71-0,5М
P1-71-0,5	9,0±0,5	3,2±0,5	26±2,0
P1-71-0,1М
P1-71-0,1	11,5±1,0	4,5±0,5	35±2,0	0,8±0,1

Рисунок 29 - Резистор

5.3 Конденсатор

Габаритные размеры

Рисунок 30 - Габаритные размеры резисторов

Размеры

dЧl,мм	dmaxЧlmax,мм	Диаметр вывода w,мм
12Ч30	12.5Ч30.5	0.8
12Ч39	12.5Ч40	0.8
13.3Ч39	14Ч40	0.8
14Ч30	14.5Ч30.5	0.8
16Ч30	16.5Ч30.5	0.8
16Ч39	16.5Ч40	0.8
18Ч30	18.5Ч30.5	1
18Ч39	18.5Ч40	1

Таблица 5 - Габаритные размеры резисторов. Зависимость размеров от емкости

VR	CR 100Гц 20°С мкФ	Размеры корпуса dЧl мм
450	10	12Ч30
	15	12Ч39
	18	14Ч30
	20	13.3Ч39
	22	16Ч30
	33	16Ч39
	35	18Ч30
	47	18Ч39



6. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В этой части предлагается проследить ход создания печатной платы на основе предоставленной электрической схемы. Будем создавать простейший усилительный каскад с общим коллектором. Работа будет состоять из нескольких этапов:

1.Создать библиотеку элементов с контактными площадками по их геометрическим размерам.

2.Разместить элементы на плате.

3.Обозначить электрические связи между элементами.

4.Нанести проводники при помощи автотрассировщика.

5.Модификацировать проводники до требующегося вида.

6.Нанесение маркировки, буквенно-цифрового позиционного обозначения и других знаков.

Схема:

Рисунок 31 - Пример электрической схемы

Включаем программу Sprint-Layout 5.0.После того как появиться рабочее поле, выставляем в правой части экрана в окне Свойства размеры платы. В нем так же можно прописать название платы, например, Усилитель с общим коллектором. В данном примере размер 160 мм. на 100 мм. нас устраивает и можно его оставить без изменения ( при самостоятельной работе размер платы, возможно, придется корректировать).

Изучив схему платы, выясним, что нам требуется изобразить транзистор, емкости и резисторы. Выставим удобный для нас размер сетки рабочего поля. Для этого перейдем в левую часть экрана и нажмем на изображение сетки .Затем Добавить шаг сетки. В появившемся окне введем требуемую величину (в примере лучше всего использовать шаг величиной в 0.25 мм.).Затем выберем активным слой К1(слой компонентов) для начала их изображения .

Упражнение №1

Создание резистора

Теперь можно приступать к изображению элементов. Начнем с резисторов. В примере будет использоваться изображение резисторов серии Р1-71.Эти резисторы для различных значений сопротивлений имеют одинаковые размеры, поэтому вместо трех резисторов различной формы нам нужно буде изобразить всего лишь один. Для того чтобы отличать резисторы по внешнему виду, возле изображения резистора нанесем значение сопротивления (для каждого резистора свое). Нам понадобятся резисторы с тремя значения сопротивления 1, 10 и 50 кОм.

Приступаем к рисованию. Слой К1 активен. Требуется изобразить резистор имеющий размеры:

Длина - 3.5 мм.

Ширина -2 мм.

Расстояние от торца резистора до центра контактного отверстия 5мм.

Диаметр внутреннего кольца контактного отверстия 0.6 мм, внешнего - 1.25 мм.

В итоге мы должны получить следующее изображение.

Рисунок 32 - Требуемый результат

Кликаем с левой стороны рабочего поля на значок . Переводим курсор на рабочее поле и кликаем левой кнопкой мыши. Получаем первую точку контура нашей будущей детали. Затем тянем курсор на расстояние равное длине резистора(3.5 мм; если выбран шаг сетки равный 0.25 мм., то, тогда нужно протянуть курсор 14 маленьких клеток).Кликаем левой кнопкой мыши еще раз - получаем одну из сторон резистора. Далее изображаем “первую ширину”.Тянем курсор мышки на величину ширины (2мм ; если выбран шаг сетки равный 0.25 мм., то, тогда нужно протянуть курсор 8 маленьких клеток) и кликаем левой кнопкой мыши. Теперь мы имеем изображение:

Рисунок 33 - Первый шаг

Следуя рекомендациям, дорисовываем изображение резистора до состояния прямоугольника.

Рисунок 34 - Второй шаг

Теперь займемся отверстиями. Активный слой M2. В левой части экрана нажимаем на изображение.В данном пример нам требуется круглый контакт. В случае, если понадобиться контакт другой формы нажимаем на маленький перевернутый треугольник возле слова Контакт и в выпадающем меню выбираем нужный тип контакта. Выбрав круглый контакт, перетаскиваем курсор мышки на рабочее поле и на расстоянии 5 мм(25 маленьких клеток) от торца резистора ставим его, щелкнув левой кнопкой мыши. Тут же можно выбрать размер внутреннего и внешнего диаметра (смотри размеры резистора) в окошке в левой части экрана. После того как размеры одного отверстия заданы можно либо:

копировать его, выбрав левой кнопкой мыши, а затем кликнув правой кнопкой и в выпадающем меню выбрать Копировать. Затем перетащить курсор в нужное место(с другой стороны резистора на расстоянии 5 мм. от его второй стенки) и кликнув на рабочее поле правой кнопкой мышки , выбрав команду Вставить установить отверстие.

Просто нарисовать с другой стороны резистора еще отверстие и снова установить его параметры.

Должно получиться следующее:

Рисунок 35 - Корпус резистора с отверстиями

Теперь рисуем ножки резистора. Для этого опять ставим активным слой К1.Длина ножек 30мм, но мы будем изображать их так ,как, если бы они были согнуты на расстоянии 10мм от торца и вставлены в отверстия. Снова выбираем значок и рисуем две линии от левой и правой стороны резистора, так чтобы получилось изображение, как на первом рисунке. Резистор готов. Теперь нам нужно сохранить изображение как макрос. Для этого выбираем значок в левой части экрана и выделяем весь наш элемент. Для этого нажимаем на левую клавишу мыши, и не отпуская тянем ее по диагонали, пока не покроем все изображение вместе с контактными площадками, затем отпускаем кнопку и изображение станет фиолетового цвета. Затем переходим в меню Файл на верхней панели и выбираем опцию Сохранить как макрос. Появится меню:

Рисунок 36 - Вид окна Сохранить как макрос

В строке имя файла пишем имя(можно использовать R 1kOm ,R 10kOm, R 50kOm) и жмем Сохранить. Обратите внимание на то, что:

- выделять и сохранить в макрос нужно отдельно каждый резистор.

- сохранять лучше всего в папку Users=>COM (если сохраняемый объект имеет обычные контактные площадки) и в папку Users=>SMD (если smd-площадки).Если папка не появляется сразу можно поискать ее в строке Папка. Если все сделано правильно, то перейдя в правую часть экрана, в окне Библиотека можно будет увидеть:



Рисунок 37

Для того чтобы в последствии воспользоваться сохраненным макросом его нужно выбрать в меню Библиотека, и в окне расположенному ниже выделить его изображение, нажав по нему левой кнопкой мыши и не отпуская перетянуть на рабочее поле. Если буквы при перетаскивании отобразятся зеркально, то для исправления этой ситуации нужно отщелкнуть кнопку ниже меню Библиотека. Также так как мы устанавливаем компоненты на первый слой платы(верхний),то следует отщелкнуть кнопку , расположенную рядом.

Упражнение №2

Создание конденсаторов

Далее нам требуется создать конденсаторы. Будем создавать конденсаторы емкостью 10 и 20 мкФ KAL0680-9.В данном случае размер будет зависеть от величины емкости.

Конденсатор на 10мкФ:

- Ширина - 12мм.

- Длина - 30мм.

- Расстояние от торца конденсатора до центра контактного отверстия 4.5мм.

- Диаметр внутреннего кольца контактного отверстия 0.85 мм, внешнего - 1.4 мм.

Конденсатор на 20мкФ:

- Ширина - 16мм.

- Длина - 30мм.

- Расстояние от торца конденсатора до центра контактного отверстия 4.5мм.

- Диаметр внутреннего кольца контактного отверстия 0.85 мм, внешнего - 1.4 мм.

Конденсаторы рисуются точно так же как и резисторы. Не забываем сам элемент рисовать в слое K1,а контактные площадки в слое M2. После их изображения каждый из конденсаторов отдельно сохранить в виде макросов, как в примере с резисторами. В итоге мы должны получить два конденсатора следующего вида:

Рисунок 38 - Конденсатор с отверстиями 1

Рисунок 39 - Конденсатор с отверстиями 2

Упражнение №3

Создание транзистора

Изобразим теперь транзистор КТ312-Б.Активный слой К1.Транзитор имеет следующие основные размеры:

Рисунок 40 - Транзистор КТ312-Б

Рисунок 41

В итоге мы должны получить следующее изображение:

Внутренний диаметр кольца контактной площадки 0.45мм, внешний - 0.8мм. Для изображения круга переходим в левую часть экрана и нажимаем на изображение . Затем переводим курсор мыши на рабочее поле и выбираем точку установки центра круга. Кликаем левой клавишей и тянем курсор - получаем окружности. Устанавливаем её диаметр(7.3 мм).Затем внутри первой окружности создаем вторую(5.5мм). Далее для удобства установки контактных площадок, можно создать внутри первых двух окружностей третью с диаметром 2.5мм (как показано на рисунке.), и на ней отмечать контактные площадки. После создания транзистора сохранить его как макрос.

Упражнение №4

Создание платы

Когда все элементы схемы созданы, можно приступить к созданию самой схемы.

Рисунок 42 - Пример схемы

Для этого расположим наши элементы на рабочем поле, для чего потребуется перейти в Библиотеку, найти там созданные макросы и перетащить их на рабочее поле. Затем следует расположить их в соответствии с расположением элементов на электронной схеме. Например, так:



Рисунок 43 - Расположение элементов на рабочем поле

Следующим шагом будет расстановка связей. Расстановка связей помогает определить какой элемент с каким связан, и потом при помощи автотрассировщика можно будет соединить элементы автоматически. Это не всегда удобно использовать, но для некоторых соединений вполне может подойти. Для установки связей в левой части экрана выберем .Затем выбираем отверстие и кликаем по нему левой кнопкой мыши. Тянем получившуюся линию до следующего отверстия, которое должно быть соединено с предыдущим, и кликаем левой кнопкой мыши по нему. Получаем связь. Чтобы её отменить, нужно повторить соединение отверстий. Предпочтительно расставлять связи (будущие проводники)последовательно т.е от одного отверстия к другому, избегая перекрестий и пересечений. Проведем следующие связи:



Рисунок 44 -Расположение элементов на рабочем поле со связями

Теперь добавляем проводники. Для этого выбираем в левой части экрана кнопку .Выбираем ширину проводника(1мм) и интервал между проводниками, и не выключая, окно трассировщика, кликаем по связям левой кнопкой мыши. Получаем:

Рисунок 45 - Проводники проведенные автотрассировщиком

Соединения, которые трассировщик провел не верно, нужно корректировать вручную. Для этого выбираем (находясь в слое M2) в левой части экрана кнопку и вручную корректируем и проводим оставшиеся проводники. Центральная часть схемы при этом станет выглядеть так:

Рисунок 46 - Центральная часть схемы

После того как проводники проведены нам остается только нанести маркировку и остальные обозначения. Для этого нам нужно перейти в слой M1,выбрать в левой части экрана кнопку и затем подписать каждую деталь в соответствии с требуемой маркировкой. Транзистор подписывается VT, резисторы R1-3,конденсаторы С1-2.Буквы и цифры будут написаны зеркально т. к. маркировка делается на обратной стороне платы.

Рисунок 47 - Меню ввода текста

В итоге получим следующее:

Рисунок 48 - Рисунок платы с маркировкой

Схема должна быть заземлена. Землю можно изобразить при помощи полигона. Он может быть любой формы. Не забываем переключиться в слой М2. Например, можно сделать так:

Рисунок 49 - Рисунок платы с полигоном-“землей”

Обязательно подсоединив один из нижних выходов к полигону.

Включив можно посмотреть, как плата будет выглядеть после окончания работы.

Рисунок 50 - Фотовид готовой платы

Упражнение № 5

Самостоятельное создание макета печатной платы на основании электрической схемы

В задании по предоставленной электрической схеме нужно изготовить макет платы. Во всех вариантах используются транзисторы КТ-312В.Размеры конденсаторов и резисторов подбираются в соответствии с таблицами в начале практической части.

Транзистор КТ-312В

Рисунок 51 - Изображение транзистора КТ-312В

Варианты:

Вариант 1

Резисторы: 1, 3, 5Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,125)

Транзисторы: 2 штуки

Конденсаторы:2*20мкф

Рисунок 52

Вариант 2

Резисторы:1, 2*2, 5, 10, 50Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,25М)

Транзисторы: 2 штуки

Конденсаторы:1*10мкф

Рисунок 53

Вариант 3

Резисторы:2*100, 1, 3 Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,25)

Транзисторы: 2 штуки

Конденсаторы: нет

Рисунок 54

Вариант 4

Резисторы:1*3, 2*2 Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,5)

Транзисторы: 3 штуки

Конденсаторы:1*22мкф

Рисунок 55

Вариант 5

Резисторы :2*10, 1*1Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,5М)

Транзисторы: 2 штуки

Конденсаторы:1*47мкф



Рисунок 56

Вариант 6

Резисторы :1, 3, 10, 100Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,1)

Транзисторы: 3 штуки

Конденсаторы:1*35мкф

Рисунок 57

Вариант 7

Резисторы :1, 10, 2, 12Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,1М)

Транзисторы: 3 штуки

Конденсаторы:1*10мкф

Рисунок 58

Вариант 8

Резисторы :100* 2, 10*2, 1*2 Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,1)

Транзисторы: 2 штуки

Конденсаторы:1*20,1*47мкф

Рисунок 59

Вариант 9

Резисторы :100, 10, 1*3 Ком (использовать резисторы моделей P1-71-0,5М)

Транзисторы: 3 штуки

Конденсаторы: 1*35мкф

Рисунок 60



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы были разработаны лабораторные работы в программной среде Sprint-Layout 5.Так как работы разрабатывались для применения их в учебных курсах для студентов они могут быть использованы в качестве лабораторных работ, предполагающих использование программных средств для разработки макетов печатных плат. Работы отличаются высокой доступностью и простотой в усвоении начальных навыков, необходимых для разработки макетов печатных плат в указанных программных пакетах. Имеет смысл отметить уникальность данных работ так, как по результатам поиска, аналогичных работ найдено не было. Актуальность разработок очевидна ввиду того, что возрастает потребность а автоматизации труда инженера-разработчика из-за всевозрастающей сложности плат. Данные работы способны помочь студентам в получении базовых навыков необходимых для разработки печатных плат.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Медведев А., Печатные платы. Конструкции и материалы. - М., Техносфера, 2005,53-58.

2. Медведев А. Технология производства печатных плат. - М., Техносфера, 2005, 100-151.

3. Валетов В. А. Основы производства радиоэлектронной аппаратуры./Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007-112с.

4. Морозов К.К. Автоматизация производства печатных плат. - М., Советское радио,1979,41-78.

5. Бердников А.В., Голубович С.В., Кислов С.А. - Казань, КГТУ им. Туполева,2001,3-11.

Размещено на Allbest.ru