Читаем электрические схемы: Как читать электрические схемы для новичков. Условные обозначения.

Содержание

Как читать электрические схемы для новичков. Условные обозначения.

Электрическая схема представляет собой условное графическое изображение компонентов, входящих в состав электрической цепи, связанных между собой проводниками. При этом возле каждого элемента, входящего в схему может указываться обозначение буквенное и цифровое.

Делается такая схема на этапе проектирования разводки электросети на объекте любой сложности, а также при создании электрического или электронного устройства. Электросхемы составляют квалифицированные инженеры. При этом они руководствуются действующими нормативно-техническими документами и ГОСТами.

Главный документ – ПУЭ-7 с дополнениями и изменениями. Именно он является основополагающим при составлении электрических схем, а также при осуществлении монтажа и в период эксплуатации.

Электросхема является официальным документом

Она прикладывается к каждому электротехническому изделию, по ней осуществляют электромонтажные и ремонтные работы. Поэтому очень важно научиться читать электросхемы. Начинать необходимо с условного обозначения элементов, из которых строится электрическая цепь.

Основные устройства, входящие в состав схемы, разделили по функциям:

вырабатывающие ток, т.е. источники электроэнергии;
использующие или преобразующие электроток;
передающие ток и помогающие его передавать.

Для все изделий и комплектующих имеются условные обозначения, которые специалисты чертят с соблюдением размеров и в соответствии с ГОСТами.

Попробуем разобраться на примере разводки электрики в квартире. Готовая схема будет выглядеть следующим образом:

Рис. 1 – Простейшая схема разводки проводов с установочными элементами по помещениям квартиры

На рис. 1 имеется все необходимое для того, чтобы осуществить монтаж электрики в квартире небольшого размера. Условное обозначение составляющих тоже понятно. Ключевыми изделиями являются провода, светильники, выключатели, розетки, автоматы и электрический щит.

Провода, как видно из чертежа, обозначаются прямыми линиями. Они могут пересекаться и, если в этом месте образуется электрическая связь, то ставиться точка, которая свидетельствует о ней. Теперь это соединение является электрическим узлом.

Рис. 2 – Графическое обозначение пересечения и соединения проводов на схемах

Также обозначаются линии электрической связи, шина, кабель. Корпус аппарата, машины или прибора и заземление условно обозначаются следующими знаками:

Более подробно об обозначении проводов на планах указано в ГОСТ 21.614-88. Там же в таблице 3 имеется полная информация об изображении выключателей, переключателей и розеток штепсельных.

Условное обозначение светильников следующее:

Более подробно об условном обозначении светильников на чертежах указано в ГОСТ 21.210 — 2014.

Люстра имеет следующее условное обозначение:

Схема электрическая однолинейная

Такая схема дает представление о подаче электрической энергии на любой объект. Именно ее наличие дает право получить технические условия и заключить договор на поставку электроэнергии от энергоснабжающей компании.

Для каждого объекта схема однолинейная принципиальная своя. Представляет собой чертеж с указанием последовательности подключения на основную фазу всех составляющих, входящих в цепь, которые показаны условными знаками.

Например, она может выглядеть так:

Рис. 3 – Пример исполнения однолинейной схемы

На чертеже можно увидеть условные обозначения автоматических выключателей, счетчика электроэнергии, УЗО с их техническими характеристиками и сечение проводов. Отсюда вытекают требования к выполнению однолинейной схеме.

Она должна содержать такие данные:

точку подключения и разграничения ответственности;
технические данные вводного устройства, прибора коммерческого учета, коммутационных аппаратов, питающего кабеля и другие необходимые данные. Кроме того выполняют расчеты нагрузок и потерь электроэнергии, мощность.

Электрическая однолинейная схема электроснабжения объекта выполняется с учетом требований ГОСТ 2.702-75

Внимание! Основное правило чтения электрических схем – слева направо, двигаясь сверху вниз.

Последовательность изучения, а значит, и чтение выполняют по следующему алгоритму:

читают название схемы;
определяют количество контуров и ветвей в них;
читают условные обозначения возле каждого элемента;
читают дополнительную информацию, если она имеется на чертеже.

Это поможет понять назначение каждого элемента и принцип работы.

Как читать электрические схемы с транзистором

В прошлой статье мы рассматривали схему без биполярного транзистора. Для того, чтобы понять, как работает транзистор, мы с вами соберем простой регулятор мощности свечения лампочки накаливания с помощью двух резисторов и транзистора.

Управление мощностью с помощью транзистора

Итак, я буду делать схему регулятора мощности свечения лампочки накаливания с помощью советского транзистора КТ815Б. Она будет выглядеть следующим образом:

На схеме мы видим лампу накаливания, транзистор и два резистора. Один из них переменный. Итак, главное правило транзистора: меняя силу тока в цепи базы, мы тем самым меняем силу тока в цепи коллектора, а следовательно, мощность свечения самой лампы.

Транзистор — это сложная штука. Если не знаете что такое, то лучше для начала прочитайте очень объёмную статью с нашего сайта.

Как в нашей схеме будет все это выглядеть? Здесь я показал две ветви. Одну синим цветом, другую красным.

Как вы видите, в синей ветке цепи последовательно друг за другом идут +12В—-R1—-R2—-база—-эмиттер—-минус питания. А как вы помните, если резисторы либо различные потребители (нагрузки) цепи идут друг за другом последовательно, то через все эти нагрузки, потребители и резисторы протекает одна и та же сила тока. Правило делителя напряжения. То есть в данный момент для удобства объяснения, я назвал эту силу тока, как ток базы I_б. Все то же самое можно сказать и о красной ветви. Ток пойдет по такому пути: +12В—-лампочка—-коллектор—-эмиттер—-минус питания. В ней будет протекать ток коллектора I_к.

Итак, для чего мы сейчас разобрали эти ветви цепи? Дело в том, что через базу и эмиттер протекает базовый ток I_б , который протекает также и через переменный резистор R1 и резистор R2. Через коллектор-эмиттер протекает ток коллектора Iк , который также течет и через лампочку накаливания.

Ну и теперь самое интересное: коллекторный ток зависит от того, какая сила тока в данный момент течет через базу-эмиттер. То есть прибавив базовый ток, мы тем самым прибавляем и коллекторный ток. А раз коллекторный ток у нас стал больше, значит и через лампочку сила тока стала больше, и лампочка загорелась еще ярче. Управляя слабым током базы, мы можем управлять большим током коллектора. Это и есть принцип работы биполярного транзистора.

Как нам теперь регулировать силу тока через базу-эмиттер? Вспоминаем закон Ома: I=U/R. Следовательно, прибавляя или убавляя значение сопротивления в цепи базы, мы тем самым можем менять силу тока базы! Ну а она уже будет регулировать силу тока в цепи коллектора. Получается, меняя значение переменного резистора, мы тем самым меняем свечение лампочки 😉

И еще один небольшой нюанс.

Как вы заметили в схеме есть резистор R2. Для чего он нужен? Дело все в том, что может случится пробой перехода база-эмиттер. Или, простым языком, он выгорит. Если бы его не было, то при изменении сопротивления на переменном резисторе R1 до нуля Ом, мы бы махом выжгли P-N переход базы-эмиттера. Поэтому, чтобы такого не было, мы должны подобрать резистор, который бы при сопротивлении на R1 в ноль Ом, ограничивал бы силу тока на базу, чтобы ее не выжечь.

Получается, мы должны подобрать такую силу тока на базу, чтобы лампочка светилась на полную яркость, но при этом переход база-эмиттер был бы целым. Если сказать языком электроники — мы должны подобрать такой резистор, который бы вогнал транзистор в границу насыщения, но не более того.

Такой резистор я подбирал с помощью магазина сопротивления. Его также можно подобрать с помощью переменного резистора. Резистор в базе часто называют токоограничительным.

Регулятор свечения лампочки на транзисторе

Ну а теперь дело за практикой. Собираем схему в реале:

Кручу переменный резистор и добиваюсь того, чтобы лампочка горела на весь накал:

Кручу еще чуток и лампочка светит в пол накала:

Выкручиваю переменный резистор до упора и лампочка тухнет:

Вместо лампочки можно взять любую другую нагрузку, например, вентилятор от компьютера. В этом случае, меняя значение переменного резистора, я могу управлять частотой вращения вентилятора, тем самым убавляя или прибавляя силу потока воздуха.

Здесь вентилятор не крутится, так как я на переменном резисторе выставил большое сопротивление:

Ну а здесь, покрутив переменный резистор, я уже могу регулировать обороты вентилятора:

Можно сказать, что получилась готовая схема, чтобы обдувать себя жарким летним деньком ;-). Стало холодно — убавил обороты, стало слишком жарко — прибавил 😉

Прошаренные чайники-электронщики могут сказать: «А зачем так сильно все было усложнять? Не проще ли было просто взять переменный резистор и соединить последовательно с нагрузкой?

Да, можно.

Но должны соблюдаться некоторые условия. Предположим у нас лампа накаливания большой мощности, а значит и сила тока в цепи тоже будет приличная. В этом случае переменный резистор должен быть большой мощности, так как при выкручивании до упора в сторону маленького сопротивления через него побежит большой ток. Вспоминаем формулу выделяемой мощности на нагрузке: P=I²R. Переменный резистор сгорит (проверено не раз на собственном опыте).

В схеме с транзистором весь груз ответственности, то бишь всю мощность рассеивания, транзистор берет на себя. В схеме с транзистором переменный резистор спалить уже будет невозможно, так как сила тока в цепи базы в десятки, а то и в сотни раз меньше (в зависимости от беты транзистора), чем сила тока через нагрузку, в нашем случае через лампочку.

Греться по-максимуму транзистор будет только тогда, когда мы регулируем мощность нагрузки наполовину. В этом случае половина отсекаемой мощности в нагрузке будет рассеиваться на транзисторе. Поэтому, если вы регулируете мощную нагрузку, то для начала поинтересуйтесь таким параметром, как мощность рассеивания транзистора и при необходимости не забывайте ставить транзисторы на радиаторы.

Резюме

Главное предназначение транзистора — управление большой силой тока с помощью малой силы тока, то есть с помощью маленького базового тока мы можем регулировать приличный коллекторный ток.

Есть критического значение базового тока, которые нельзя превышать, иначе сгорит переход база-эмиттер. Такая сила тока через базу возникает, если потенциал на базе будет более 5 Вольт в прямом смещении. Но лучше даже близко не приближаться к такому значению. Также не забывайте, чтобы открыть транзистор, на базе должен быть потенциал больше, чем 0,6-0,7 Вольт для кремниевого транзистора.

Резистор в базе служит для ограничения протекающего тока через базу-эмиттер. Его значение выбирают в зависимости от режима работы схемы. В основном это граница насыщения транзистора, при котором коллекторный ток начинает принимать свои максимальные значения.

При проектировании схемы не забываем, что лишняя мощность рассеивается на транзисторе. Самый щадящий режим — это режим отсечки и насыщения, то есть лампа либо вообще не горит, либо горит на всю мощность. Самая большая мощность будет выделяться на транзисторе в том случае, если лампа горит в пол накала.

Как читать схему

Главная
Учебники
Как читать схему

≡ Страниц

Авторы:
Джимблом

Избранное

Любимый

116

Обзор

Схемы — это наша карта для проектирования, построения и устранения неполадок схем. Понимание того, как читать и следовать схемам, является важным навыком для любого инженера-электронщика.

Это руководство должно превратить вас в грамотного читателя схем! Мы рассмотрим все основные символы схемы:

Затем мы поговорим о том, как эти символы соединяются на схемах для создания модели цепи. Мы также рассмотрим несколько советов и приемов, на которые следует обратить внимание.

Схематические символы (часть 1)

Готовы ли вы к шквалу схемных компонентов? Вот некоторые из стандартных, основных схематических символов для различных компонентов.

Резисторы

Основные компоненты схемы и символы! Резисторы на схеме обычно представляются несколькими зигзагообразными линиями, с двумя выводами расширяется наружу. На схемах, использующих международные символы, вместо волнистых линий может использоваться безликий прямоугольник.

Потенциометры и переменные резисторы

Переменные резисторы и потенциометры дополняют символ стандартного резистора стрелкой. Переменный резистор остается двухвыводным, поэтому стрелка просто проложена по диагонали через середину. Потенциометр представляет собой трехконтактное устройство, поэтому стрелка становится третьей клеммой (дворник).

Конденсаторы

Есть два часто используемых символа конденсатора. Один символ представляет собой поляризованный (обычно электролитический или танталовый) конденсатор, а другой — неполяризованные конденсаторы. В каждом случае есть две клеммы, перпендикулярно входящие в пластины.

Символ с одной изогнутой пластиной указывает на то, что конденсатор поляризован. Изогнутая пластина обычно представляет собой катод конденсатора, напряжение на котором должно быть ниже, чем на положительном анодном выводе. К положительному выводу символа поляризованного конденсатора также следует добавить знак плюс.

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности обычно представлены серией изогнутых выпуклостей или петельчатых катушек. Международные символы могут просто определять индуктор как закрашенный прямоугольник.

Переключатели

Переключатели существуют во многих различных формах. Самый простой переключатель, однополюсный / однопозиционный (SPST), представляет собой две клеммы с полусоединенной линией, представляющей привод (часть, которая соединяет клеммы вместе).

Переключатели с более чем одним направлением, такие как SPDT и SP3T ниже, добавляют больше посадочных мест для привода.

Многополюсные переключатели, как правило, имеют несколько одинаковых переключателей с пунктирной линией, пересекающей средний привод.

Источники питания

Так же, как существует множество вариантов питания вашего проекта, существует множество символов схемы источника питания, которые помогают определить источник питания.

Источники постоянного или переменного напряжения

Большую часть времени при работе с электроникой вы будете использовать источники постоянного напряжения. Мы можем использовать любой из этих двух символов, чтобы определить, подает ли источник постоянный ток (DC) или переменный ток (AC):

Батарейки

Батарейки, будь то цилиндрические, щелочные AA или перезаряжаемые литий-полимерные, обычно выглядят как пара непропорциональных параллельных линий:

Больше пар линий обычно указывает на большее количество последовательных элементов в батарее. Кроме того, более длинная линия обычно используется для обозначения положительной клеммы, а более короткая линия соединяется с отрицательной клеммой.

Узлы напряжения

Иногда — особенно на очень загруженных схемах — вы можете назначить специальные символы напряжениям узлов. Вы можете подключать устройства к этим одноконтактный символа, и он будет напрямую привязан к 5 В, 3,3 В, VCC или GND (земля). Узлы положительного напряжения обычно обозначаются стрелкой, указывающей вверх, в то время как заземляющие узлы обычно включают от одной до трех плоских линий (или иногда стрелку или треугольник, указывающую вниз).

Схематические символы (часть 2)

Диоды

Базовые диоды обычно изображаются в виде треугольника, прижатого к линии. Диоды также поляризованы, поэтому для каждого из двух выводов требуются отличительные идентификаторы. Положительный анод — это клемма, входящая в плоский край треугольника. Отрицательный катод выходит за пределы линии в символе (думайте об этом как о знаке «-»).

Существует множество различных типов диодов, каждый из которых имеет особое обозначение стандартного символа диода. Светоизлучающие диоды (СИД) дополняет символ диода парой направленных в сторону линий. Фотодиоды , которые генерируют энергию из света (в основном, крошечные солнечные элементы), переворачивают стрелки и указывают их на диод.

Другие специальные типы диодов, такие как диоды Шоттки или стабилитроны, имеют свои собственные символы с небольшими вариациями на полосе символа.

Транзисторы

Транзисторы, биполярные или полевые МОП-транзисторы, могут существовать в двух конфигурациях: положительно легированные или отрицательно легированные. Таким образом, для каждого из этих типов транзисторов существует как минимум два способа его рисования.

Биполярные переходные транзисторы (BJT)

BJT — это устройства с тремя выводами; у них есть коллектор (C), эмиттер (E) и база (B). Существует два типа BJT — NPN и PNP, и каждый из них имеет свой уникальный символ.

Выводы коллектора (C) и эмиттера (E) расположены на одной линии друг с другом, но на эмиттере всегда должна быть стрелка. Если стрелка указывает внутрь, это PNP, а если стрелка направлена наружу, это NPN. Мнемоника для запоминания «NPN: 9».

Полевые транзисторы на основе оксидов металлов (MOSFET) ) и затвор (G).

И опять же, есть две разные версии символа, в зависимости от того, какой у вас n-канальный или p-канальный полевой МОП-транзистор. Существует ряд часто используемых символов для каждого из МОП-транзисторов. типы:

Стрелка в середине символа (называемая объемной) определяет, является ли полевой МОП-транзистор n-канальным или p-канальным. p-канал. Помните: «n находится в» (своего рода противоположность мнемонике NPN).0011

Цифровые логические элементы

Наши стандартные логические функции — И, ИЛИ, НЕ и исключающее ИЛИ — все имеют уникальные схематические символы:

Добавление кружка к выходным данным отменяет функцию, создавая И-НЕ, ИЛИ-НЕ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ. :

У них может быть больше двух входов, но формы должны оставаться прежними (ну, может быть, немного больше), а выход по-прежнему должен быть только один.

Интегральные схемы

Интегральные схемы выполняют такие уникальные задачи, и их так много, что на самом деле они не имеют уникального символа схемы. Обычно интегральная схема представлена прямоугольником с выводами, выходящими из сторон. Каждый контакт должен быть помечен как номером, так и функцией.

Схематические символы для микроконтроллера ATmega328 (обычно встречается в Arduinos), микросхемы шифрования ATSHA204 и микроконтроллера ATtiny45. Как видите, эти компоненты сильно различаются по размеру и количеству выводов.

Поскольку ИС имеют такой общий символ схемы, имена, значения и метки становятся очень важными. Каждая микросхема должна иметь значение, точно определяющее название микросхемы.

Уникальные ИС: операционные усилители, регуляторы напряжения

Некоторые из наиболее распространенных интегральных схем имеют уникальный символ схемы. Обычно вы увидите операционные усилители, расположенные, как показано ниже, с 5 клеммами: неинвертирующий вход (+), инвертирующий вход (-), выход и два входа питания.

Часто в один корпус ИС встроено два операционных усилителя, требующих только одного контакта для питания и одного для земли, поэтому у правого есть только три контакта.

Простые регуляторы напряжения обычно представляют собой трехконтактные компоненты с входными, выходными и заземляющими (или регулировочными) контактами. Обычно они имеют форму прямоугольника с контактами слева (вход), справа (выход) и внизу (заземление/регулировка).

Разное

Кристаллы и резонаторы

Кристаллы или резонаторы обычно являются важной частью схем микроконтроллера. Они помогают обеспечить тактовый сигнал. Кристаллические символы обычно имеют два вывода, а резонаторы, которые добавляют к кристаллу два конденсатора, обычно имеют три вывода.

Заголовки и разъемы

Будь то для подачи питания или передачи информации, разъемы необходимы для большинства цепей. Эти символы различаются в зависимости от того, как выглядит разъем, вот образец:

Двигатели, трансформаторы, динамики и реле

Мы объединим их вместе, так как все они (в основном) так или иначе используют катушки. Трансформаторы (не те, которые бросаются в глаза) обычно состоят из двух катушек, прижатых друг к другу, с парой линий, разделяющих их:

Реле обычно соединяют катушку с переключателем:

Громкоговорители и зуммеры обычно имеют форму, аналогичную их реальным аналогам:

И двигатели обычно имеют обведенную букву «М», иногда с немного большим украшением вокруг клемм:

Плавкие предохранители и PTC

Предохранители и PTC — устройства, которые обычно используются для ограничения больших бросков тока — каждое имеет свой уникальный символ:

Символ PTC на самом деле является общим символом термистора , температуры -зависимый резистор (обратите внимание на международный символ резистора?).

Несомненно, в этом списке осталось много схемных обозначений, но приведенные выше должны обеспечить вам 90% грамотность в чтении схем. В общем, символы должны иметь много общего с реальными компонентами, которые они моделируют. В дополнение к символу каждый компонент на схеме должен иметь уникальное имя и значение, что в дальнейшем помогает его идентифицировать.

Один из самых важных ключей к тому, чтобы быть схематически грамотным, — это способность распознавать, какие компоненты какие. Символы компонентов рассказывают половину истории, но каждый символ должен быть связан с именем и значением, чтобы завершить его.

Имена и значения

Значения помогают точно определить, что представляет собой компонент. Для компонентов схемы, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, значение говорит нам, сколько у них омов, фарад или генри. Для других компонентов, таких как интегральные схемы, значением может быть просто имя микросхемы. Кристаллы могут указывать свою частоту колебаний в качестве значения. По сути, значение компонента схемы вызывает его важнейшая характеристика .

Имена компонентов обычно представляют собой комбинацию одной или двух букв и числа. Буквенная часть имени определяет тип компонента: R для резисторов, C для конденсаторов, U для интегральных схем и т. д. Каждое имя компонента на схеме должно быть уникальным; например, если в цепи несколько резисторов, их следует назвать R ₁ , R ₂ , R ₃ и т. д. Имена компонентов помогают нам ссылаться на определенные точки схемы.

Префиксы имен довольно хорошо стандартизированы. Для некоторых компонентов, таких как резисторы, префикс — это просто первая буква компонента. Другие префиксы имен не так буквальны; катушки индуктивности, например, L (потому что ток уже занял I [но он начинается с C … электроника — глупое место]). Вот краткая таблица общих компонентов и префиксов их имен:

9023

902 0237

Наименование Идентификатор	Компонент
R	Резисторы
C	Конденсаторы	Катушки индуктивности
S	Переключатели
D	Диоды
Q	Транзисторы
U	Интегральные схемы
Y	Кристаллы и генераторы

Хотя это «стандартизированные» имена для символов компонентов, они не соблюдаются повсеместно. Например, вы можете увидеть интегральные схемы с префиксом IC вместо U или кристаллы с маркировкой XTAL вместо Y . Используйте свое лучшее суждение при диагностике, какая часть какая. Обычно символ должен передавать достаточно информации.

Чтение схем

Понимание того, какие компоненты есть на схеме, составляет более половины успеха в ее понимании. Теперь осталось только определить, как все символы связаны друг с другом.

Сети, узлы и метки

Схематические сети показывают, как компоненты соединяются вместе в цепи. Сети представляются как линии между терминалами компонентов. Иногда (но не всегда) они имеют уникальный цвет, как зеленые линии на этой схеме:

Соединения и узлы

Провода могут соединять две клеммы вместе или десятки. Когда провод разделяется на два направления, он создает соединение . Соединения на схемах изображаем цифрой узлы , маленькие точки на пересечении проводов.

Узлы дают нам способ сказать, что «провода, пересекающие это соединение , соединены». Отсутствие узла на стыке означает, что два отдельных провода просто проходят мимо, не образуя никакого соединения. (При разработке схем обычно рекомендуется избегать этих несвязанных перекрытий, где это возможно, но иногда это неизбежно).

Имена цепей

Иногда, чтобы сделать схемы более разборчивыми, мы даем цепям имя и маркируем их, а не прокладываем провод по всей схеме. Предполагается, что сети с одинаковыми именами соединены, даже если между ними нет видимого провода. Имена могут быть либо написаны прямо поверх сетки, либо они могут быть «ярлыками», свисающими с провода.

Каждая цепь с одинаковым именем подключена, как на этой схеме для коммутационной платы FT231X. Имена и метки помогают предотвратить слишком хаотичную схему (представьте, что все эти цепи на самом деле соединены проводами).

Цепям обычно дается имя, в котором конкретно указывается назначение сигналов на этом проводе. Например, силовые сети могут быть помечены как «VCC» или «5V», а сети последовательной связи могут быть помечены как «RX» или «TX».

Советы по чтению схем

Идентификация блоков

Действительно обширные схемы должны быть разделены на функциональные блоки. Может быть раздел для входной мощности и регулирования напряжения, или раздел микроконтроллера, или раздел, посвященный разъемам. Попробуйте распознать, какие секции какие, и проследите за потоком цепи от входа к выходу. Действительно хорошие разработчики схем могут даже разложить схему как книгу, входы слева, выходы справа.

Если ящик схемы действительно хорош (например, инженер, который разработал эту схему для RedBoard), они могут разделить разделы схемы на логические, помеченные блоки.

Распознавание узлов напряжения

Узлы напряжения представляют собой однополюсные компоненты схемы, к которым мы можем подключать клеммы компонентов, чтобы назначить их определенному уровню напряжения. Это специальное применение имен цепей, означающее, что все клеммы, подключенные к узлу напряжения с таким же названием, соединены вместе.

Узлы напряжения с одинаковыми названиями, такие как GND, 5 В и 3,3 В, подключены к своим аналогам, даже если между ними нет проводов.

Узел напряжения заземления особенно полезен, так как очень многие компоненты нуждаются в заземлении.

Справочные таблицы компонентов

Если на схеме есть что-то, что просто не имеет смысла, попробуйте найти таблицу данных для наиболее важного компонента. Обычно компонент, выполняющий большую часть работы в схеме, представляет собой интегральную схему, такую как микроконтроллер или датчик. Обычно это самый большой компонент, часто расположенный в центре схемы.

Хотите узнать больше об основных темах?

См. нашу страницу Engineering Essentials , где представлен полный список краеугольных тем, связанных с электротехникой.

Отвези меня туда!

Ресурсы и продолжение

Вот и все, что нужно для чтения схем! Знание символов компонентов, следование цепям и определение общих меток. Понимание того, как работает схема, открывает перед вами целый мир электроники! Ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств, чтобы попрактиковаться в своих новых знаниях в области схем:

Делители напряжения. Это одна из самых основных схем. Узнайте, как превратить большое напряжение в меньшее всего с двумя резисторами!
Как пользоваться макетной платой. Теперь, когда вы умеете читать схемы, почему бы не сделать ее! Макеты — отличный способ сделать временные, функциональные прототипы схем.
Работа с проводами — Или пропустите макетную плату и сразу приступайте к проводке. Умение резать, зачищать и соединять провода является важным навыком в электронике.
Последовательные и параллельные цепи. Построение последовательных или параллельных цепей требует хорошего понимания схем.
Шитье с проводящей нитью. Если вы не хотите работать с проволокой, как насчет создания схемы электронного текстиля с помощью проводящей нити? В этом и прелесть схем, одна и та же принципиальная схема может быть построена разными способами на разных носителях.

Как читать электрические схемы

Электрическая схема — это схема, показывающая, как соединены все провода и компоненты в электронной цепи. Они похожи на карту для построения или устранения неполадок схем и могут рассказать вам почти все, что вам нужно знать, чтобы понять, как работает схема.

Умение читать электрические схемы — очень полезный навык. Чтобы начать развивать свои способности к чтению схем, важно запомнить наиболее распространенные схематические символы. Каждый физический компонент (например, резистор, конденсатор, транзистор) имеет уникальный схематический символ. Основная цель этого руководства — показать вам основные компоненты схемы, которые вы должны знать.

Недостаточно просто уметь распознавать компоненты на схеме. Вы также должны иметь возможность получить общее представление о том, как работает схема, просто взглянув на схему. После этой статьи я рекомендую прочитать How to Analyze Circuits, где мы обсудим более продвинутые методы анализа цепей, такие как закон тока Кирхгофа и закон напряжения Кирхгофа.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Источники питания подают электрическую энергию в цепь в виде напряжения и тока. Каждая функциональная электронная схема должна иметь источник питания постоянного или переменного тока.

Источники питания постоянного тока

Источники питания постоянного тока (DC) обеспечивают электрический ток, который течет в постоянном направлении. Это условное обозначение источника питания постоянного тока:

Источник питания переменного тока s

Источники питания переменного тока (AC) обеспечивают электрический ток, который течет в двух направлениях. Это условное обозначение источника питания переменного тока:

Аккумулятор ies

Аккумулятор является распространенным типом источника питания постоянного тока. Схематический символ батареи состоит из коротких и длинных параллельных линий. Более длинная линия представляет собой положительную клемму батареи, а более короткая линия представляет собой отрицательную клемму:

Земля

Земля — это общий обратный путь цепи, по которому ток возвращается к своему источнику. Это часто называют отрицательной стороной цепи. Это условное обозначение заземления:

Клеммы

Клеммы являются точками подключения к внешним цепям. Для внешних соединений клеммы обозначаются пустыми кружками:

Клеммные соединения отличаются от узлов или соединений, отмеченных сплошными кружками:

Переключатели

Переключатели создают или разрывают соединение в цепи. Они также позволяют изменить направление текущего потока.

Переключатель SPST es

Переключатель SPST (однополюсный, однонаправленный) является переключателем включения и выключения. Два схематических символа ниже показывают различные состояния переключателя SPST. Верхний символ указывает на то, что переключатель находится в выключенном положении, что блокирует путь тока. Нижний символ указывает на то, что переключатель включен, что позволяет току течь через переключатель.

Переключатель SPDT es

Переключатель SPDT (однополюсный, двухпозиционный) может направлять ток к различным частям цепи. В этом переключателе есть два пути прохождения тока, в зависимости от положения переключателя:

Переключатель мгновенного действия es

Переключатели мгновенного действия остаются открытыми или закрытыми только при нажатии. Кнопочные переключатели являются наиболее распространенным типом переключателей мгновенного действия. Эти переключатели либо нормально разомкнуты, либо нормально замкнуты. Верхний схематический символ ниже показывает нормально разомкнутый кнопочный переключатель в разомкнутом положении, а нижний символ показывает нормально замкнутый кнопочный переключатель в замкнутом положении:

Многоточечный переключатель es

Многоточечный переключатель позволяет переключать путь входного тока на несколько различных выходных путей.

DPST (двухполюсные, однонаправленные) переключатели имеют 2 входа и 2 выхода. Эти переключатели позволяют управлять подачей тока на два выхода. Поскольку переключатели являются однонаправленными, обе выходные клеммы будут включены и выключены одновременно. На приведенных ниже схематических символах показан разомкнутый переключатель DPST (слева) и замкнутый переключатель DPST (справа):

DPDT (двухполюсные, двухпозиционные) переключатели имеют две клеммы для входного тока и четыре клеммы для выходного тока. Эти переключатели позволяют переключать путь двух входных токов на четыре отдельных выходных пути. Вот условное обозначение переключателя DPDT:

Резистор s

Резистор является одним из основных пассивных компонентов схемы. Резисторы имеют электрическое сопротивление, которое ограничивает протекание тока. Схематическое обозначение резистора показано ниже. Символ слева — это соглашение, используемое в Соединенных Штатах, а символ справа — международный стандарт:

Переменный резистор s

Переменный резистор может увеличивать или уменьшать свое сопротивление в зависимости от внешнего входа. Аналоговые датчики, такие как фоторезисторы и термисторы, являются типами переменных резисторов, потому что их сопротивление изменяется в зависимости от уровня освещенности или температуры. Схематическое обозначение переменного резистора аналогично постоянному резистору, но посередине расположена диагональная стрелка:

Потенциометр s

Потенциометр представляет собой переменный резистор с тремя выводами, который используется для регулировки напряжения и тока. в цепи. Две клеммы резистора — это V+ и земля. Стрелка представляет дворник потенциометра, где выходное напряжение берется из:

Фоторезистор s

Фоторезисторы, также известные как светочувствительные резисторы (LDR), представляют собой светочувствительные переменные резисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от уровня освещенности. Это условное обозначение фоторезистора:

Конденсатор s

Конденсаторы — это пассивные электронные компоненты, накапливающие электрический заряд. Есть два распространенных типа конденсаторов – неполяризованные и поляризованные.

Неполяризованный конденсатор s

Неполяризованные конденсаторы не имеют полярности, поэтому не имеет значения, какая сторона подключена к плюсу, а какая к минусу. Эти конденсаторы обычно имеют меньшие номиналы, чем полярные конденсаторы:

Поляризованный конденсатор s

Поляризованные конденсаторы имеют полярность, поэтому важно, какая сторона подключена к плюсу, а какая к земле. Поляризованные конденсаторы обычно имеют более высокие значения емкости по сравнению с неполяризованными конденсаторами. Вот схематическое обозначение поляризованного конденсатора:

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности — это пассивные компоненты, создающие магнитное поле при протекании через них тока. Индукторы могут быть такими же простыми, как катушка провода. Схематическое обозначение индуктора похоже на катушку:

Трансформаторы

Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения. Они состоят из двух проволочных катушек, намотанных на железный сердечник, поэтому схематический символ имеет две катушки с прямыми линиями между ними. Линии представляют железное ядро:

Реле

Реле представляет собой электрический переключатель. Реле в основном представляют собой электромагниты, подключенные к приводу, который размыкает и замыкает переключатель при подаче тока на катушку:

Диоды

Диод — это поляризованное устройство, пропускающее ток только в одном направлении. Будучи поляризованным, он имеет положительный вывод (анод) и отрицательный вывод (катод). Плоский край треугольника — анод, а линия — катод:

Транзисторы

Транзисторы используются либо для усиления напряжения, либо для коммутации электрических токов. Наиболее распространенными транзисторами являются транзисторы с биполярным переходом (BJT). Существует два основных типа транзисторов BJT — NPN и PNP. Транзисторы NPN включаются при протекании тока через базу транзистора, а транзисторы PNP включаются при отсутствии тока на базе транзистора. Верхний символ схемы показывает транзистор NPN, а нижний символ показывает транзистор PNP:

Интегральные схемы

Интегральные схемы — это схемы, содержащие от сотен до миллионов резисторов, конденсаторов и транзисторов в небольшом корпусе. Интегральные схемы выполняют множество функций. Существуют интегральные схемы для аудиоусилителей, таймеров, микропроцессоров и многого другого. Три наиболее часто используемые интегральные схемы — это таймер 555, аудиоусилитель LM386 и операционный усилитель LM358.

555 Таймер

Чаще всего таймер 555 используется для обеспечения временных электрических задержек. Однако его также можно использовать как генератор и как элемент триггера. На приведенной ниже диаграмме показано фактическое расположение выводов таймера 555 с внутренней схематической схемой микросхемы:

Второе изображение представляет собой условное обозначение таймера 555, используемое на диаграммах:

Операционный усилитель s

Операционные усилители усилители напряжения со входами и обычно с одним выходом. Их также называют операционными усилителями. Схематическое обозначение операционного усилителя выглядит так:

LM386

Аудиоусилитель LM386 — это операционный усилитель, специально разработанный для маломощного усиления звука. Будучи маломощным, он идеально подходит для аудиоустройств с батарейным питанием, таких как гитары, радиоприемники и любые другие схемы, которые издают звук. Вот схема выводов LM386:

И этот символ используется на принципиальных схемах:

LM358

LM358 представляет собой двойной операционный усилитель IC, питаемый от общего источника питания. Он обычно используется в качестве усилителя преобразователя, интегратора, дифференциатора или повторителя напряжения. Вот схема контактов LM358:

А вот символ, используемый на схематических диаграммах:

В схематических символах операционных усилителей обычно не показаны выводы, которые не используются в схеме, как в случае с символом LM358 выше, где только пять из показаны восемь контактов.

Логические элементы

Логические элементы представляют собой электронные схемы, которые обрабатывают сигналы, представляющие истинные или ложные значения. Четыре стандартные логические функции: И, ИЛИ, НЕ и XOR. В дополнение к этим функциям существуют также логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ и X-НЕ-ИЛИ.

Выход логического элемента И истинен, когда истинны все его входы. Вот условное обозначение вентиля И:

ИЛИ

Выход вентиля ИЛИ истинен, когда хотя бы один из его входов истинен. Вот условное обозначение вентиля ИЛИ:

НЕ

Выход вентиля НЕ противоположен его входу, поэтому он также называется инвертором. Следовательно, вывод истинен, когда ввод ложен. Вот схематическое обозначение вентиля НЕ:

Исключающее ИЛИ

Элемент «исключающее ИЛИ» имеет два входа. Выход вентиля XOR может быть истинным только тогда, когда один вход истинен, а другой вход ложен. Вот схематический символ вентиля XOR:

NAND

Вентиль «НЕ-И» или NAND может иметь два или более входа. Выход вентиля И-НЕ истинен, если любой из входов ложен. Вот условное обозначение вентиля И-НЕ:

ИЛИ-НЕ

Вентиль «НЕ-ИЛИ» или «ИЛИ-НЕ» имеет два или более входа. Выход вентиля ИЛИ-НЕ истинен, когда все его входы ложны. Вот схематическое обозначение вентиля ИЛИ-НЕ:

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ

Элемент «исключающее ИЛИ-НЕ» или XNOR имеет два входа. Выход вентиля XNOR истинен только тогда, когда оба его входа истинны или когда оба его входа ложны. Вот схематическое обозначение вентиля XNOR:

Оптоэлектронные устройства

Оптоэлектронные устройства — это устройства, которые используют свет и электричество для различных целей. Оптоэлектронные устройства можно разделить на две категории – светочувствительные и светогенерирующие устройства. Например, вот схематическое обозначение светочувствительного устройства, называемого фотодиодом:

В отличие от этого, вот схематическое обозначение светогенерирующего устройства, называемого светоизлучающим диодом (LED):

Динамик s

Динамик преобразует электрическую энергию в звуковую. Его условное обозначение похоже на реальный динамик:

Микрофон s

Микрофоны — это тип преобразователя, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал. Вот условное обозначение микрофона:

Предохранитель s

Предохранители — это предохранительные устройства, обеспечивающие защиту от перегрузки по току в электрической цепи. Основным элементом предохранителя является узкий провод, который плавится, когда через него протекает слишком большой ток. Вот условное обозначение предохранителя:

Двигатель s

Двигатель преобразует электрическую энергию в кинетическую. Его условное обозначение представляет собой круг с буквой «М» и положительными и отрицательными клеммами слева и справа:

Антенна s

Антенна — это устройство, которое принимает или передает радиосигналы. Вот условное обозначение антенны:

Провода и соединения на схемах

Теперь, когда вы знакомы с общими обозначениями, используемыми на принципиальных схемах, давайте посмотрим, как читать соединения и пересечения проводов. Провода представлены линиями, а соединения представлены точками.

На изображениях ниже показаны схематические обозначения проводов, когда они физически подключены к цепи. Точки над пересечениями называются узлами:

Отсутствие узла означает, что провода не соединены и просто проходят друг мимо друга, вот так:

Существует еще один способ показать на схеме несоединенные провода, с полукругом над точкой пересечения проводов. , например:

Теперь, когда вы знакомы с основными схематическими обозначениями и проводными соединениями, вы готовы читать простую схему. Не забывайте помнить о полярностях. Ниже представлена простая схема, состоящая всего из трех элементов — батарейки, светодиода и резистора:

Батарея 9 В питает цепь, а резистор ограничивает ток батареи, чтобы не сжечь светодиод. Помните, что положительная сторона диода — это плоская сторона треугольника, а отрицательная сторона — прямая линия.

Понимание того, как читать схемы, также поможет вам изменить схему, если вы хотите. Но это также важно и для многих других целей, таких как устранение неполадок в схемах и проектирование печатных плат.