Содержание
Для представления структуры электронных или электрических систем мы используем так называемые электрические схемы. Для проектировщиков они являются основным инструментом при подготовке документации; они также полезны в качестве основы для расчетов, например, в вопросе как самостоятельно сделать грамотную электрическую разводку в квартире. Также стоит упомянуть, что именно из принципиальных схем электронных систем извлекаются данные для подготовки списка элементов (материалов), известного как BM (ведомость материалов).
По этой причине в самом начале приключений с электроникой нужно научиться читать такие рисунки — процесс, который (как и почти в любой другой области) требует практики. И хотя вы не можете сразу освоить анализ закономерностей, со временем, просмотрев множество схематических рисунков, вы придете к выводу, что начинаете в них разбираться, и с такой же легкостью можете читать символы, линии и связи на схемах, как буквы в книгах.
Как читать электронные и электрические схемы?
Более длительная практика чтения схем позволяет быстро, удобно и правильно распознавать зависимости или связи между элементами, а также — и это ключевой вопрос в искусстве анализа принципиальных схем — облегчает понимание того, какова логика строения элементов. данная система, с какой системой мы имеем дело и как она должна работать. Для людей, которые только начинают свое приключение с чтением электрических и электронных схем, может показаться даже удивительным, что, имея в своем распоряжении только схему, мы в состоянии предсказать, какие напряжения появятся в заданных точках системы. На самом деле определить такие данные можно — дело только практики. Имея определенный опыт, можно предсказать не только поведение системы, но и ее параметры и функции, и даже обнаружить ошибки проектирования еще до того, как прототип будет собран и сдан в эксплуатацию.
Полезно также: Однолинейная схема электроснабжения для частного дома и квартиры
Что появилось раньше — схема или устройство?
Хотя этот вопрос касается проектирования схем, а не чтения схем, сейчас стоит отметить, что первым всегда является принципиальная схема устройства. Конечно, в начале изучения электроники можно экспериментировать методом проб и ошибок, соединяя различные конфигурации простых электронных схем на макетной плате, но вы обязательно овладеете искусством электроники за короткое время, достаточное для того, чтобы сначала нарисовать схему на бумаге. или в компьютерной программе, а затем перенести ее на макетную плату.
Почему проектирование схемы должно предшествовать проектированию печатной платы? Первая причина в том, что такой аналитический этап просто проще для электроники — на отрисовку схемы и спокойное расположение отдельных элементов уходит гораздо меньше времени, чем сразу размещать их на плате.
Вo во-вторых (что имеет большое значение в случае «серьезной», т.е. промышленной электроники) изготовление прототипа влечет за собой затраты и требует гораздо больше времени, чем схематический чертеж.
В-третьих, если проект создается в программе для ЭВМ, принадлежащей к группе так называемых В программах EDA дизайн платы естественно вытекает непосредственно из схемы — программа автоматически формирует площадки для пайки заданных элементов и осуществляет предварительные соединения между ними, а задача дизайнера состоит в том, чтобы расположить элементы и провести окончательные пути.
На схематической диаграмме некоторые вопросы представлены в символическом виде, поэтому может случиться так, что фактическое расположение электронных компонентов или их частей, как, например, в случае выводов микроконтроллера, на самом деле будет выглядеть немного иначе, чем на схеме. Поэтому в документации к устройству мы имеем два разных проекта: принципиальная схема и сделанный на ее основе конкретный проект печатной платы (с дорожками, расположением элементов и т.п.). В статье основное внимание уделяется первому упомянутому типу рисунков.
Чтение электрических и электронных схем – основные правила
Изображение соединений
Обучение чтению принципиальных схем и, следовательно, их проектированию должно начинаться с нескольких основных, часто используемых правил. Прежде всего: рисуем все соединения с помощью прямых линий , соединяющих отдельные концы элементов. Эти линии должны быть максимально вертикальными или горизонтальными и пересекаться под прямым углом. Даже сам внешний вид точки пересечения имеет значение. На это следует обращать внимание как при создании, так и при чтении принципиальных схем! Если две линии пересекаются, но на их пересечении нет точки, то линии не соединены. С другой стороны, если в месте пересечения стоит выделенная жирным шрифтом точка, мы имеем дело с так называемым узлом, т.е. просто электрическим соединением этих двух пересекающихся линий.
Соединения должны быть выполнены таким образом, чтобы чтение схемы было максимально простым и интуитивно понятным. Также не указано, что линии никогда не рисуются под углом, отличным от прямого (т. е. кроме горизонтального и вертикального). В некоторых ситуациях даже целесообразно — из-за разборчивости схемы и некоторых принятых годами правил рисования — проводить линии по диагонали. Это происходит, например, в структуре так называемого «моста»; даже классический выпрямительный мост. Указанная схема состоит из четырех элементов (выпрямительных диодов), расположенных, как показано на рисунке.
Расположение компонентов электрических схем
В хорошо составленной схеме все соединения элементов и их расположение на чертеже подчиняются постоянным, логическим правилам. Если мы будем следовать этим договорным правилам при проектировании схем, мы можем быть почти уверены, что проект будет правильно прочитан. И так: на схемах часто принимается условность, которой стоит придерживаться при создании собственной документации, заключается в том, что линии с более высоким потенциалом (т.е. положительный полюс батареи или блока питания) должны быть на схеме выше элементов с более низким потенциалом (например, массой). Современная электроника обычно настолько привыкла к этому правилу, что интуитивно рассматривает соединения в верхней части диаграммы как соединения с более высоким потенциалом, особенно в случае линий электропередач. Отклонения от описанного принципа фактически можно найти только в схемах 1960-х или 1970-х годов.
Второй распространенной практикой при размещении компонентов на электрических и электронных схемах является размещение входных цепей слева, а выходных цепей справа.. Так же, как и при чтении книги, когда мы двигаем глазами слева направо, также здесь сигналы «подаются» с левой стороны, обрабатываются на следующих этапах схемы, а выходные сигналы выводятся с правой стороны. . Следовательно, сигнал логически проходит через систему так же, как текст через страницу в нашей Европейской конвенции о чтении. Скорее всего, в вашей электронной практике вы столкнетесь с ситуациями, когда этот принцип неприменим, но по возможности следуйте ему. Это будет особенно полезно, например, при рисовании схем питания: будет видно, где у нас вход, а где выход сигнала.
Аналогичным образом поступите со схемами аналоговых фильтров или даже усилителей, например аудиоусилителя. У вас будут входные клеммы в левой части схемы, за которыми следует каскад предварительного усилителя, затем дополнительные схемы, вплоть до усилителя мощности, то есть последний каскад усилителя, который уже подает нужную мощность на громкоговоритель или наушники, и который будет справа. С помощью такой схемы вы можете легко проследить порядок, в котором наш электрический сигнал будет физически проходить через систему. Упорядоченный способ представления элементов и этапов схемы важен еще и в связи с тем, что в принципиальных схемах часто встречаются неожиданные не только для начинающего электронщика фрагменты. Однако, если весь порядок расположения элементов на диаграмме остается логичным,
Обозначения элементов электрических схем
Обозначения элементов, используемые в электрических и электронных схемах, стандартизированы и приближены друг к другу независимо от страны, в которой создана конкретная схема. Конечно, мы можем наблюдать некоторые отличия — они видны особенно у некоторых типов элементов, таких как поляризованные (электролитические) конденсаторы или катушки (дроссели) и другие индуктивные элементы. Самые большие различия наблюдаются в случае логических вентилей и других элементов базовой цифровой электроники. Однако пока мы не будем углубляться в детали стандартизации рисования логических схем, а разберемся с основными и наиболее распространенными элементами.
Создание и чтение электронных схем в компьютерных программах
В компьютерных программах (например, в популярной программе проектирования электроники Eagle), а также в больших средах проектирования, посвященных профессиональной электронике (например, Altium Designer), также используются специальные элементы схемы. Они не указывают компоненты, физически распаянные на печатной плате, но позволяют значительно упростить принципиальные схемы. Это так называемые net labels , то есть описания сети. Если две части схемы на данной электронной принципиальной схеме указаны с одним и тем же названием и одним и тем же символом (иногда символ опускается и единственной маркировкой является надпись, расположенная непосредственно над свободным концом соединительной линии), мы знаем, что эти две линии на самом деле связаны друг с другом.
Такой подход позволяет повысить удобочитаемость принципиальной схемы, поскольку нам не нужно проводить заданную линию через всю схему и избегать других элементов и соединений. Достаточно описать две части схемы с одинаковым названием сети — отметив данные цепи, находящиеся под одинаковым потенциалом, мы заставим программу соединить их логически. Мы же, наоборот, вернем столь необходимое место для соединений и получим более четкую схему. На фото пример решения.
Как видите, резисторы обозначены в виде вытянутого прямоугольника с полостью внутри. Если через этот прямоугольник проходит (или доходит до него) стрелка с дополнительным, третьим выводом, то это потенциометр. Дополнительная третья строка — не что иное, как подключение ползунка. Отмечаем ссылку как две линии, перпендикулярные линиям соединения. Более длинный и часто более тонкий полюс указывает на положительный полюс, а более короткий и (чаще всего) более толстый указывает на отрицательный полюс, то есть на катод.
Конечно, если мы имеем дело с батареей — то есть с последовательным соединением нескольких ячеек — то мы рисуем их одну за другой, одну за другой, и их количество чаще всего соответствует действительному количеству ячеек, которое имеет данная батарея .
Конденсаторы маркируются аналогично батареям, причем обе линии имеют одинаковую длину и толщину. В случае керамических и фольгированных конденсаторов такая маркировка проста, но если мы имеем дело с электролитическим конденсатором, то одна из черточек заменяется обведенным тонкой линией прямоугольником, рядом с которым обычно стоит знак плюс . Это означает, что этот конец конденсатора должен быть подключен к более высокому потенциалу (помните, что в электролитических конденсаторах большое значение имеет полярность, т.е. направление напряжения, подключаемого к конденсатору).
Когда дело доходит до маркировки катушек, мы можем выделить два наиболее распространенных соглашения. Первый, чаще используемый в США, представляет собой катушку, отмеченную несколькими полукружиями для имитации внешнего вида обмоток. Вторая, упрощенная маркировка представляет собой просто полный прямоугольник, окрашенный внутри в черный цвет. Вы чаще всего встретите этот символ на европейских схемах как обозначение дросселей, например помехоподавляющих или дросселей, используемых в преобразователях DC/DC. светодиоды мы помечаем его как треугольник (обычно равносторонний) с дополнительной линией. Черточка обозначает катод, а основание треугольника — анод диода. Если треугольник в маркировке диода соединен двумя стрелками, это фотодиод, т.е. светочувствительный диод. С другой стороны, если стрелки движутся наружу от треугольника, мы имеем дело со светоизлучающим диодом, то есть со светодиодом.
Помимо описанных выше обозначений, стоит также изучить разные варианты обозначения контактных элементов: кнопок или переключателей. Наиболее распространенные и понятные обозначения таких элементов показаны на рисунке. Первый — это (чаще всего, но не всегда) бистабильный переключатель, то есть такой, который сохраняет свое положение после переключения (как силовые выключатели). Второй символ используется в случае с моностабильными, т.е. самопроизвольными кнопками — они замыкают цепь только при нажатии. Таким способом мы обычно обозначаем, например, популярные микропереключатели на принципиальных схемах.
Измерительные приборы, т. е. вольтметры и амперметры, маркируются в виде окружности с вписанной внутрь буквой V (для вольтметров) или А (для амперметров). Эти типы элементов в настоящее время редко встречаются на принципиальных схемах, хотя помнить о них стоит, ведь до сих пор многие устройства оснащены встроенными аналоговыми или цифровыми индикаторами. Упомянем здесь, например, блоки питания или усилители звука с аналоговым индикатором (стрелочным прибором). Этот тип маркировки также очень часто можно встретить в учебниках электроники или электротехники, на схемах, изображающих различные измерительные системы с использованием вольтметров или амперметров.
Полезная статья: Как мультиметром проверить сопротивление
Таким образом, умение быстро и без ошибок читать электрические схемы имеет решающее значение для каждого инженера-электронщика, поэтому сегодня мы предлагаем вам начать анализировать все более сложные чертежи. Даже если поначалу они вас пугают (особенно в случае с большими устройствами), со временем вы обязательно начнете замечать в них какие-то знакомые структуры и схемы.
Возможность анализировать электронные и электрические схемы не только облегчает чтение документации, включая замысел проектировщика или даже параметры конкретных систем или их частей, но и позволяет использовать огромную базу данных схем, имеющихся в книгах, Интернет и материалы производителей. Получая знания о знаках и символах, вы получаете огромный и бесценный инструмент для дальнейшего обучения и образования.
