Как читать электрические принципиальные схемы: советы и рекомендации начинающим

Схема электрическая принципиальная – графическое отображение реально существующего или проектируемого электронного или электротехнического устройства. На этой схеме отображаются все элементы, входящие в устройство, и электрические связи между этими элементами.

Изучая схему, можно понять принцип работы отдельных узлов и устройства в целом. Ознакомление со схемой, её изучение и анализ обязательны перед началом любой работы с электротехническим устройством – наладка, поиск неисправности, ремонт. И даже разработка узла всегда начинается с составления схемы.

Основные элементы электрических принципиальных схем

Каждый компонент, наносимый на схему, имеет свое условно-графическое обозначение – УГО. В большинстве случаев оно несёт элементы сходства с реальным электрическим компонентом. Поэтому, зная, как выглядит компонент или как он устроен, несложно запомнить УГО основных электрических устройств.

Например, зная, как выглядит динамическая головка громкоговорителя (динамик), несложно запомнить её УГО или даже догадаться по начертанию. Многие УГО соответствуют не столько внешнему виду, сколько устройству элементов. Так, конденсатор в общем случае состоит из двух обкладок, разделённых слоем диэлектрика. Это отражено на его условно-графическом обозначении.

В условно-графическом обозначении катушки индуктивности легко узнать витки реальной катушки.

Если катушка имеет сердечник, он обозначается на бумаге посредством линии, идущей вдоль витков. Зная это, легко запомнить и условно-графическое обозначение трансформатора, имеющего несколько обмоток на одном сердечнике.

Первые резисторы были намотаны из проволоки с большим удельным сопротивлением. Это нашло отражение в УГО резисторов в виде спирали, хотя в настоящее время больше распространено обозначение в виде прямоугольника, да и конструкция резисторов с тех пор несколько изменилась.

Переменные резисторы дополняются стилизованным изображением движка, имеющегося в конструкции реостата.

Обозначение диода на схемах подчеркивает его одностороннюю проводимость. Направление стрелки показывает направление прохождения тока (в условном направлении от положительного полюса источника питания к отрицательному).

УГО транзисторов также отображает их внутреннюю структуру. Стрелкой указано направление тока в цепи эмиттера.

Условно-графическое обозначение электромагнитного реле тоже содержит легко узнаваемые элементы конструкции:

• катушку;
• контактную группу (одну или несколько).

Если катушка и контакты на схеме расположены недалеко друг от друга, они могут быть соединены пунктирной линией, обозначающей механическую связь между этими конструктивными составляющими. Если между катушкой и контактами находятся другие элементы, механическую связь, обычно, не показывают, а нумерация контактных групп соответствует нумерации катушки реле.

Очень разнообразны условно-графические обозначения микросхем. В зависимости от функционального назначения, они могут иметь различную форму. Например, операционный усилитель может быть показан в виде треугольника, а логический элемент – в виде прямоугольника с соответствующим символом.

Однако, по мере роста сложности микросхем отображать на бумаге их внутреннюю структуру становилось все сложнее, и в настоящее время многофункциональные микросхемы (контроллеры, ПЛИС и т.п.) обозначаются просто прямоугольником с указанием назначения выводов.

Ранее начертание УГО всех элементов регламентировалось ЕСКД (ГОСТ 2.302-68). В настоящее время применение ГОСТов, в соответствии с Федеральным законом ФЗ-162 «О стандартизации в Российской Федерации», носит добровольный характер. Поэтому размеры и начертание многих обозначений сейчас могут не соответствовать ЕСКД, но общий подход все равно остаётся, и УГО по-прежнему узнаваемы.

Рядом с графическим изображением на схему наносится и буквенный индекс элемента:

• L – для катушек индуктивности;
• для транзисторов – VT или Q;
• для конденсаторов – С;
• для резисторов – R;
• для диодов – D или VD.

Прочие элементы также имеют свои буквенные индексы. В большинстве случаев в схему включается больше одного экземпляра каждого элемента, поэтому к буквенному наименованию добавляется ещё и порядковый номер – R1, R2, R3, C1, C2 и т.д. На схему могут наноситься и номиналы каждого элемента. Часто это делается рядом с обозначением компонента, но номиналы могут быть указаны и в виде отдельного списка.

Все элементы в реальной схеме соединяются с помощью проводников. Графически проводники обозначаются прямыми линиями. Обычно их наносят на схему в виде строго горизонтальных или строго вертикальных линий. Но в некоторых случаях (устоявшиеся принципы начертания, например, мультивибраторов) линии можно проводить и под углом 45 градусов.

Не всегда можно нарисовать проводники так, чтобы они не пересекались. Тогда возникает вопрос – есть ли соединение в точке пересечения? Чтобы не было путаницы, узел, в котором проводники соединяются, обозначают точкой. Если соединения нет, точка не ставится или условно показывается обход одного проводника другим.

Если на схеме имеется большое количество проводников, идущих большей частью параллельно, их иногда объединяют в шины. Шина показана одной утолщённой линией. Проводники входят и выходят из шины под своими номерами – под каким номером проводник вошел в шину, под тем он из неё и вышел. При таком подходе схема меньше загромождается проводниками и её проще читать.

Некоторые цепи в схемах могут показываться раздельно. К таким, в первую очередь, относится общий провод – шина, потенциал которой принят в данной схеме за нулевой уровень. Относительно этого проводника даются все режимы элементов и напряжения питания. Он обозначается специальным знаком и указывается на схеме в том месте, где элементы соединяются с проводом нулевого уровня. В зарубежной технической литературе этот проводник обозначается буквенным индексом GND.

То же самое относится к напряжению питания (или к нескольким, если схема питается от различных уровней напряжения). Оно часто показывается только в тех точках, куда непосредственно подводится. Сделано это для того, чтобы не загромождать схему и сделать её проще для восприятия.

В качестве примера приведены две схемы. На левом рисунке нулевой провод показан раздельно, а на правом – та же схема, только общий провод непрерывен. Схема сразу же стала визуально сложнее, появились пересекающиеся проводники. При её чтении повышена вероятность ошибок, да и разобраться в ней стало сложнее – отдельные узлы потеряли свой привычный вид.

Чтение и понимание электрических схем

Любое устройство каким-либо образом взаимодействует с внешним миром – подключается к источнику питания, принимает электромагнитные волны через антенну, а также выдает сигнал в каком-то виде в пространство – в виде электрического сигнала или в форме звукового или светового сигнала. Хорошим тоном считается располагать вход устройства слева, а выход – справа. Это правило применяется не всегда. На приведенной ниже схеме входы и выходы расположены слева.

Первое, что надо сделать при начале работы со схемой – определить, где расположены входные сигналы, а где – выходные. В большинстве случаев этого достаточно, чтобы понять назначение устройства и общий принцип её действия. На рисунке приведена схема детекторного приёмника. Входом служит антенна, выходом – динамик, излучающий звуковые волны.

Другой пример – блок питания. Здесь вход – разъём подключения к сети, а выход – пониженное напряжение к потребителю.

Следует помнить, что даже самая сложная схема состоит из относительно простых участков или цепей, начертание которых со временем становится легко узнаваемым. При первом взгляде на схему надо мысленно попробовать расчленить её на элементарные узлы. Если из-за недостатка опыта это пока не получается, надо попытаться, для начала, найти знакомые участки. Для анализа остальной части схемы надо почитать описание, если оно есть. После изучения описания надо постараться запомнить незнакомые ранее цепи и узлы, чтобы пользоваться этим в будущем.

В качестве примера можно рассмотреть несложный усилитель низкой частоты. На схеме его вход (сигнал от внешнего источника) расположен, как и положено, справа. Дальше следует разделительный конденсатор С1, после которого сигнал поступает на усиливающий каскад с общим эмиттером на транзисторе VT1. Несложно заметить, что следующий участок представляет собой такой же каскад на VT2, который легко запоминается визуально, только нагрузкой служит телефонный капсюль BF1.

Полезно отследить направление тока в схеме. В данном случае ток идёт от входа к выходу, постепенно усиливаясь. Рассматривая же более сложный усилитель и разбив его на каскады, можно заметить, что в одном месте часть тока идёт от выхода оконечного каскада на T3 обратно на вход по цепи C5R6R7. Таким образом реализована обратная связь.

Ошибки, которые следует избегать

К основным ошибкам, которые допускают начинающие, относятся большей частью:

• неумение различать пересечение проводов с соединением или без такового;
• путаница в номиналах элементов.

Основная же проблема неопытных специалистов – неумение выделить из общей схемы отдельные функциональные блоки. Но этот вопрос идёт рука об руку с уровнем квалификации, и постепенно сходит на нет параллельно с повышением профессионального мастерства.

Практическое применение полученных знаний при чтении электрических принципиальных схем

В первую очередь, важно знать, как составляются схемы, при разработке электрических и электронных устройств. Сначала будущий узел наносится на бумагу, потом анализируется, исправляется, улучшается – и лишь потом реализуется в железе. От того, как правильно составлена схема, зависит удобство и скорость последующих этапов разработки и реализации. Если будущее устройство положить на бумагу неправильно, то коллектив разработчиков не поймет мысли конструктора, да и он сам через некоторое время запутается в собственных идеях. Проблемы могут возникнуть уже на этапе создания макетного образца.

Готовую принципиальную схему надо отдать в производство. На её основе будет разработана соответствующая документация, например – монтажная схема, печатная плата и т.п. Тем, кто этим занимается, также нужно уметь читать схемы – любая ошибка может принести значительные финансовые сложности.

После изготовления устройство уходит в наладку. Специалистам по регулировке электронных и электрических узлов также нужен навык чтения схем – от этого зависит успех их работы.

Готовый узел в процессе эксплуатации нуждается в периодической наладке или ремонте. И здесь не обойтись без умения читать электрические схемы – без овладения искусством чтения документации даже не стоит браться за эту работу.

Иными словами, умение работать со схемами (чтение, анализ, внесение изменений и т. д.) является необходимым для всех, кто работает в сфере электроники и электротехники. В этих областях это базовый навык. Даже те, кто относит себя к любителям и занимается этим для удовольствия, безусловно, должны уметь читать схемы.

Можно резюмировать, что умение читать схемы является обязательным навыком на всех этапах работы с электротехническими устройствами. Говоря иносказательно, схемы в электротехнике являются аналогами нот в музыке. Не зная нот, невозможно научиться играть на музыкальных инструментах, так и не умея читать схемы невозможно стать хоть сколько-нибудь квалифицированным специалистом.

Умение читать схемы неразрывно связано с общим уровнем развития профессионала. Без знаний в области электротехники и электроники невозможно разобраться, как работает тот или иной узел, невозможно проследить направление протекания тока и как каждый конкретный участок схемы преобразует исходный сигнал. Поэтому развитие навыка чтения схем невозможно без роста квалификации. По мере приобретения новых знаний искусство читать электрические схемы будет развиваться само собой.

Параллельное и последовательное соединение проводников

Что такое выпрямитель напряжения и для чего нужен: типовые схемы выпрямителей

Расшифровка цифровой и буквенной маркировки SMD резисторов

Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое операционный усилитель?