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原理圖是我們設計,構建和排除電路故障的地圖。瞭解如何閱讀和遵循原理圖是任何電子工程師的重要技能。
我們在下邊將介紹常用的原理圖符號:
然後我們將討論這些符號如何在原理圖上連接以創建電路模型,並提出一些建議和技巧。
1、原理圖符號(第1部分)
以下是各種組件的一些標準化基本原理圖符:
1.1、電阻器
原理圖上的電阻器通常由幾條鋸齒線表示,兩個端子向外延伸。使用國際符號的原理圖可以改爲使用無特徵的矩形,而不是曲線。
1.2、電位計和可變電阻器
可變電阻器和電位器各自用箭頭增加標準電阻器符號。可變電阻器仍然是一個雙端子器件,因此箭頭恰好位於中間對角線。電位計是三端子設備,因此箭頭成爲第三個端子。
1.3、電容器
有兩種常用的電容符號。一個符號表示極化(通常是電解或鉭)電容器,另一個符號表示非極化電容器。通常,有兩個端子,垂直地延伸到板中。
帶有一個彎曲板的符號表示電容器是有極性的。彎曲板代表電容器的陰極,其電壓應低於正極引腳,加號也可以添加到極化電容符號的正極引腳。
1.4、電感器
電感器通常由一系列彎曲凸起或環形線圈表示。國際符號可以僅將電感器定義爲填充矩形。
1.5、開關
開關以許多不同的形式存在。最基本的開關,單刀單擲(SPST),是兩個端子,半連接線代表執行器(將端子連接在一起的部分)。
具有多個投擲的開關,如下面的SPDT和SP3T,爲執行器增加了更多的可接觸點。
具有多個極的開關通常具有多個相似的開關,其中虛線與中間致動器相交。
1.6、電源
正如有很多選項可以爲您的項目供電,有各種各樣的電源電路符號可以幫助指定電源。
1.6.1、直流或交流電壓源
大多數情況下,使用電子設備時,您將使用恆定電壓源。我們可以使用這兩個符號中的任何一個來定義源是提供直流電(DC)還是提供交流電(AC):
1.6.2、電池
電池,無論是圓柱形,鹼性AA還是可充電鋰聚合物,通常看起來像一對不成比例的平行線:
更多線對通常表示電池中有更多串聯電池。此外,較長的線通常用於表示正端子,而較短的線連接到負端子。
1.6.3、電壓節點
有時-特別是在非常繁忙的原理圖上-您可以爲節點電壓分配特殊符號。您可以將器件連接到這些單端符號,它將直接連接到5V,3.3V,VCC或GND(地)。正電壓節點通常用向上的箭頭表示,而接地節點通常包括一到三條扁平線(或者有時是一個向下的箭頭或三角形)。
2、原理圖符號(第2部分)
2.1、二極管
基本二極管通常用壓在一條線上的三角形表示。二極管也是極化的,因此兩個終端中的每一個都需要區分標識符。正極,陽極是進入三角形平坦邊緣的終端。負極,陰極延伸出符號中的線(將其視爲符號)。
有各種不同類型的二極管,每個二極管在標準二極管符號上都有特殊的riff。發光二極管(LED)通過指向遠處的幾條線來增強二極管符號。從光產生能量的光電二極管(基本上是微小的太陽能電池),將箭頭翻轉並指向二極管。
其他特殊類型的二極管,如肖特基或齊納二極管,都有自己的符號,符號的條形部分略有不同。
2.2、晶體管
晶體管,無論是BJT還是MOSFET,都可以以兩種配置存在:正摻雜或負摻雜。因此,對於這些類型的晶體管中的每一種,至少有兩種方法來繪製它。
2.2.1、雙極結晶體管(BJT)
BJT是三端設備;它們有一個集電極(C),發射極(E)和一個基極(B)。有兩種類型的BJT分別是NPN和PNP,它們每種都有自己獨特的符號。
集電極(C)和發射極(E)引腳彼此成直線,但發射極應始終有一個箭頭。如果箭頭指向內部,則爲PNP,如果箭頭指向外,則爲NPN。或者看箭頭,總是P指向N的
2.2.2、金屬氧化物場效應晶體管(MOSFET)
與BJT一樣,MOSFET有三個端子,但這次它們被命名爲源極(S),漏極(D)和柵極(G)。同樣,該符號有兩種不同的版本,具體取決於您是否有N溝道或P溝道MOSFET。每種MOSFET類型都有許多常用符號:
符號中間的箭頭定義MOSFET是N溝道還是P溝道。如果箭頭指向意味着它是一個n溝道MOSFET,如果它指出它是一個p溝道。
2.3、數字邏輯門
我們的標準邏輯功能AND,OR,NOT和XOR-都具有唯一的原理圖符號:
添加泡到輸出否定的功能,則創建與非門,NORs的,和XNORs:
它們可能有兩個以上的輸入,但形狀應該保持不變(好吧,可能更大),並且應該仍然只有一個輸出。
2.4、集成電路
集成電路完成了如此獨特的任務,而且數量衆多,它們並沒有真正獲得獨特的電路符號。通常,集成電路由矩形表示,其中引腳從側面延伸出來。每個引腳都應標有數字和功能。
ATmega328微控制器(通常在Arduinos上找到),ATSHA204加密IC和ATtiny45MCU的原理圖符號。如您所見,這些組件的大小和引腳數量差異很大。
由於IC具有這樣的通用電路符號,因此名稱,值和標籤變得非常重要。每個IC應具有精確識別芯片名稱的值。
獨特的IC:運算放大器,穩壓器
一些更常見的集成電路確實獲得了獨特的電路符號。您通常會看到如下所示的運算放大器,總共5個端子:非反相輸入(+),反相輸入(-),輸出和兩個電源輸入。
通常,在一個IC封裝中內置兩個運算放大器,只需要一個引腳用於電源,一個用於接地,這就是爲什麼右邊只有三個引腳。
簡單的穩壓器通常是三端子元件,帶有輸入,輸出和接地(或調節)引腳。這些通常採用矩形的形狀,左側(輸入),右側(輸出)和底部(接地/調整)具有引腳。
2.5、雜記
2.5.1、晶體和諧振器
晶體或諧振器通常是微控制器電路的關鍵部分。它們有助於提供時鐘信號。晶體符號通常有兩個端子,而爲晶體添加兩個電容器的諧振器通常有三個端子。
2.5.2、接頭和連接器
無論是提供電源還是發送信息,連接器都是大多數電路的要求。這些符號取決於連接器的外觀,下面是一個示例:
2.5.3、電機,變壓器,揚聲器和繼電器
我們將它們混爲一談,因爲它們(大多數)都以某種方式使用線圈。變形金剛(不是眼睛以上的類型)通常涉及兩個線圈,相互對接,有幾條線將它們分開:
繼電器通常將線圈與開關配對:
揚聲器和蜂鳴器通常採用與現實生活相似的形式:
電機通常與終端周圍多一點點綴涉及將環繞“M”,有時是:
2.5.4、保險絲和PTC
保險絲和PTC-通常用於限制大電流的設備-每個都有自己獨特的符號:
PTC符號實際上是熱敏電阻的通用符號,是一個與溫度相關的電阻
毫無疑問,這個列表中有許多電路符號,但上面的那些應該讓你在原理圖讀數中有90%的識字率。通常,符號應與其建模的現實組件共享相當大的數量。除符號外,原理圖上的每個組件都應具有唯一的名稱和值,這有助於識別它。
位號和值
值(Value)有助於準確定義組件的內容。對於電阻器,電容器和電感器等原理圖,該值告訴我們它們有多少歐姆,法拉或亨利。對於其他組件,如集成電路,該值可能只是芯片的名稱。晶體可能將其振盪頻率列爲其值。
位號(Default)通常是一個或兩個字母和一個數字的組合。名稱的字母部分表示組件的類型電阻器的R,電容器的C,集成電路的U,等等。示意圖上的每個組件名稱應該是唯一的;例如,如果電路中有多個電阻,它們應命名爲R1,R2,R3等。元件名稱有助於我們參考原理圖中的特定點。
名稱的前綴非常標準化。對於某些組件,如電阻器,前綴只是組件的第一個字母。其他名稱前綴不是那麼直接;例如,電感器是L(因爲電流已經佔據了i)。這是一個常見組件及其名稱前綴的快速表:
儘管這些是組件符號的“標準化”名稱,但它們並未得到普遍遵循。例如,您可能會看到以IC爲前綴而不是U的集成電路,或標有XTAL而不是Y的晶體。用你最好的判斷來診斷哪一部分是哪一部分。符號通常應該傳達足夠的信息。
3、閱讀原理圖
瞭解哪些組件在原理圖中的哪一部分是理解它的一半以上的戰鬥。現在剩下的就是確定所有符號是如何連接在一起的。
3.1、網絡,節點和標籤
原理圖網絡告訴您組件如何在電路中連接在一起。網絡表示爲組件終端之間的線。有時(但並非總是)它們是一種獨特的顏色,如本原理圖中的綠線:
3.2、交匯點和節點
電線可以將兩個端子連接在一起,也可以連接數十個。當導線分成兩個方向時,會形成一個連接點。我們用節點表示原理圖上的連接點,在線的交叉點放置小點。
節點爲我們提供了一種方式來說明“穿過這個交叉點的電線是連接的”。在交叉點處缺少節點意味着兩條單獨的線路正在經過,而不是形成任何類型的連接。(在設計原理圖時,通常很好的做法是儘可能避免這些非連接重疊,但有時這是不可避免的)。
3.3、網絡名稱
有時,爲了使原理圖更清晰,我們將給網絡命名並標記它,而不是在原理圖上佈線。假設沒有連接它們的可見導線,假定連接具有相同名稱的網絡。名稱可以直接寫在網絡的頂部,也可以是“標籤”,懸掛在電線上。
具有相同名稱的每個網連接,如在本示意性用於FT231X接口板。名稱和標籤有助於防止原理圖過於混亂(想象一下,如果所有這些網絡實際上都與電線連接)。
網絡通常被賦予一個名稱,專門說明該線路上信號的用途。例如,電源網可以標記爲“VCC”或“5V”,而串行通信網絡可以標記爲“RX”或“TX”。
3.4、原理圖閱讀技巧
3.4.1、識別模塊
真正廣泛的原理圖應該分成功能塊。可能有一個部分用於電源輸入和電壓調節,或微控制器部分,或專門用於連接器的部分。嘗試識別哪個部分是哪個部分,並遵循從輸入到輸出的電路流程。優秀的原理圖工程師甚至可能像電子書一樣放置電路,左側輸入,右側輸出。
如果原理圖的抽屜非常好(就像爲RedBoard設計此原理圖的工程師),他們可能會將原理圖的各個部分分成邏輯的標記塊。
3.4.2、識別電壓節點
電壓節點是單端子原理圖組件,我們可以將組件端子連接到它們,以便將它們分配到特定的電壓電平。這些是網名的特殊應用,意味着連接到同名電壓節點的所有終端都連接在一起。
類似的電壓節點-如GND,5V和3.3V-都連接到它們的對應部分,即使它們之間沒有電線。
接地電壓節點特別有用,因爲許多組件需要接地。
3.5、參考組件數據表
如果原理圖上的某些內容沒有意義,請嘗試查找最重要組件的數據表。通常,在電路上工作最多的組件是集成電路,如微控制器或傳感器。這些通常是最大的組件,位於原理圖的中心。