Принципиальная схема (или: схема подключения, электрическая схема, элементарная схема, электронная схема) — это графическое представление электрической цепи . Наглядная принципиальная схема использует простые изображения компонентов, а принципиальная схема показывает компоненты и взаимосвязи схемы с использованием стандартизированных символических представлений. Представление соединений между компонентами схемы на принципиальной схеме не обязательно соответствует физическому расположению в готовом устройстве. [1]
В отличие от блок-схемы или компоновочной схемы , принципиальная схема показывает фактические электрические соединения . Чертеж, предназначенный для изображения физического расположения проводов и компонентов, которые они соединяют, называется графическим изображением или макетом , физическим дизайном или электрической схемой .
Принципиальные схемы используются для проектирования ( схемотехники ), строительства (например, разводки печатных плат ) и обслуживания электрического и электронного оборудования.
В информатике принципиальные схемы полезны при визуализации выражений с помощью булевой алгебры . [2]
Принципиальные схемы представляют собой изображения с символами, которые различались от страны к стране и менялись с течением времени, но теперь в значительной степени стандартизированы на международном уровне. Простые компоненты часто имели символы, обозначающие некоторые особенности физической конструкции устройства. Например, символ резистора восходит к тому времени, когда этот компонент был сделан из длинного куска проволоки, намотанного таким образом, чтобы не создавать индуктивности, которая могла бы превратить его в катушку . Эти проволочные резисторы в настоящее время используются только в устройствах большой мощности, резисторы меньшего размера отливаются из углеродного состава (смесь углерода и наполнителя ) или изготавливаются в виде изолирующей трубки или чипа, покрытых металлической пленкой. Поэтому стандартизированный на международном уровне символ резистора теперь упрощен до продолговатого символа, иногда с написанным внутри значением в Омах вместо зигзагообразного символа. Менее распространенный символ — это просто серия пиков на одной стороне линии, обозначающей проводник, а не вперед-назад.
Связи между отведениями когда-то представляли собой простые пересечения линий. С появлением компьютеризированных чертежей соединение двух пересекающихся проводов обозначалось пересечением проводов с «точкой» или «каплей», обозначающим соединение. При этом кроссовер упростили и превратили в тот же кроссовер, но без «точки». Однако существовала опасность перепутать соединенные и не соединенные таким образом провода, если точка была нарисована слишком маленькой или случайно пропущена (например, «точка» могла исчезнуть после нескольких проходов через копировальный аппарат). [4] Таким образом, современная практика представления четырехстороннего проводного соединения заключается в том, чтобы нарисовать прямой провод, а затем нарисовать другие провода, расположенные вдоль него в шахматном порядке, с «точками» в качестве соединений (см. Диаграмму), чтобы сформировать два отдельных провода. Т-образные перекрестки, которые не допускают путаницы и явно не являются кроссовером. [5] [6]
Для пересечения изолированных друг от друга проводов обычно используется небольшой полукруг, чтобы показать, что один провод «перекрывает» другой провод [3] [7] [8] (аналогично тому, как используются перемычки).
Распространенный гибридный стиль рисования сочетает в себе Т-образные пересечения с «точечными» соединениями и полукруги с «переходными» символами проводов для изолированных пересечений. Таким образом, «точку», которая слишком мала, чтобы ее можно было увидеть, или которая случайно исчезла, все равно можно четко отличить от «прыжка». [3] [7]
На принципиальной схеме символы компонентов обозначаются дескриптором или ссылочным обозначением, соответствующим тому, что указано в списке деталей. Например, C1 — первый конденсатор , L1 — первая катушка индуктивности , Q1 — первый транзистор , а R1 — первый резистор . Часто значение или обозначение типа компонента указывается на схеме рядом с деталью, но подробные характеристики указываются в списке деталей.
Подробные правила условных обозначений приведены в международном стандарте IEC 61346 .
Это обычное (хотя и не универсальное) соглашение, согласно которому схематические рисунки располагаются на странице слева направо и сверху вниз в той же последовательности, что и поток основного сигнала или пути питания. Например, схема радиоприемника может начинаться с антенного входа в левой части страницы и заканчиваться громкоговорителем справа. Положительные соединения источника питания для каждой ступени будут показаны вверху страницы, а заземление, отрицательные источники питания или другие пути возврата — внизу. На схематических рисунках, предназначенных для технического обслуживания, могут быть выделены основные пути прохождения сигнала, чтобы облегчить понимание прохождения сигнала через цепь. Более сложные устройства имеют многостраничные схемы и должны использовать символы перекрестных ссылок, чтобы показать поток сигналов между различными листами чертежа.
Подробные правила составления принципиальных схем и других видов документов, используемых в электротехнике, приведены в международном стандарте МЭК 61082-1.
Принципиальные схемы часто рисуются с той же стандартизированной основной надписью и рамкой, что и другие инженерные чертежи .
Линейные схемы релейной логики , также называемые диаграммами лестничной логики , используют еще одно общее стандартизированное соглашение для организации схематических чертежей: вертикальная шина питания находится слева, а другая справа, а компоненты нанизаны между ними, как ступеньки лестницы.
После создания схемы она преобразуется в макет, который можно изготовить на печатной плате (PCB). Компоновка на основе схемы начинается с процесса создания схемы . Результатом является то, что известно каккрысиное гнездо . Крысиное гнездо представляет собой нагромождение проводов (линий), пересекающих друг друга к узлам назначения. Эти провода прокладываются вручную или автоматически с помощью инструментов автоматизации проектирования электроники (EDA). Инструменты EDA упорядочивают и переупорядочивают размещение компонентов и находят пути для дорожек для соединения различных узлов. В результате получается окончательный макет интегральной схемы или печатной платы . [9]
Обобщенная схема проектирования может быть следующей:
Преподавание функционирования электрических цепей часто входит в программу начальной и средней школы. [10] Ожидается, что учащиеся поймут основы принципиальных схем и их функционирования. Использование схематических представлений принципиальных схем может помочь понять принципы электричества.
Принципы физики принципиальных схем часто преподаются с использованием аналогий, например, при сравнении функционирования цепей с другими закрытыми системами, такими как системы нагрева воды , в которых насосы эквивалентны батареям. [11]
