Принципиальная схема (или: схема электропроводки, электрическая схема, элементарная схема, электронная схема) — это графическое представление электрической цепи . Наглядная принципиальная схема использует простые изображения компонентов, в то время как принципиальная схема показывает компоненты и взаимосвязи цепи с использованием стандартизированных символических представлений. Представление взаимосвязей между компонентами цепи на принципиальной схеме не обязательно соответствует физическому расположению в готовом устройстве. [1]
В отличие от блок-схемы или схемы компоновки , принципиальная схема показывает фактические электрические соединения . Чертеж , призванный изобразить физическое расположение проводов и компонентов , которые они соединяют , называется художественным произведением или компоновкой , физическим проектом или схемой электропроводки .
Схемы электрических цепей используются для проектирования ( конструирования схем ), строительства (например, разводки печатных плат ) и обслуживания электрического и электронного оборудования.
В информатике принципиальные схемы полезны при визуализации выражений с использованием булевой алгебры . [2]
Схемы цепей представляют собой изображения с символами, которые различались в разных странах и менялись с течением времени, но теперь в значительной степени стандартизированы на международном уровне. Простые компоненты часто имели символы, предназначенные для представления некоторых особенностей 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, что сделало бы его катушкой . Эти проволочные резисторы теперь используются только в мощных приложениях, меньшие резисторы отливаются из углеродного состава (смеси углерода и наполнителя ) или изготавливаются в виде изолирующей трубки или чипа, покрытого металлической пленкой. Поэтому международный стандартизированный символ резистора теперь упрощен до продолговатого, иногда со значением в омах, написанным внутри, вместо зигзагообразного символа. Менее распространенный символ — это просто ряд пиков на одной стороне линии, представляющей проводник, а не вперед и назад.
Связи между выводами когда-то были простыми пересечениями линий. С появлением компьютерного черчения соединение двух пересекающихся проводов было показано пересечением проводов с «точкой» или «пятном» для обозначения соединения. В то же время кроссовер был упрощен до того же пересечения, но без «точки». Однако существовала опасность перепутать провода, которые были и не были соединены таким образом, 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 4-стороннего соединения проводов заключается в том, чтобы нарисовать прямой провод, а затем нарисовать другие провода, расположенные вдоль него в шахматном порядке, с «точками» в качестве соединений (см. схему), чтобы сформировать два отдельных Т-образных соединения, которые не допускают путаницы и явно не являются кроссовером. [5] [6]
Для пересечения изолированных друг от друга проводов обычно используется небольшой полукруглый символ, показывающий, что один провод «перепрыгивает» через другой [3] [7] [8] (аналогично тому, как используются перемычки).
Распространенный гибридный стиль рисования сочетает в себе Т-образные перекрестки с соединениями «точек» и полукруглые символы «перехода» для изолированных переходов. Таким образом, «точка», которая слишком мала, чтобы ее увидеть, или которая случайно исчезла, все еще может быть четко отделена от «перехода». [3] [7]
На принципиальной схеме символы компонентов помечены дескриптором или ссылочным обозначением , соответствующим списку 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 спецификации будут указаны в списке деталей.
Подробные правила обозначения позиций приведены в международном стандарте IEC 61346 .
Обычно (хотя и не универсально) принято, что схематические чертежи 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 каждого каскада будут показаны в верхней части страницы, а заземления, отрицательные источники питания или другие обратные пути — в нижней. Схематические чертежи, предназначенные для технического обслуживания, могут иметь выделенные основные пути сигнала, чтобы помочь понять поток сигнала через цепь. Более сложные устройства имеют многостраничные схемы и должны полагаться на символы перекрестных ссылок, чтобы показать поток сигналов между различными листами чертежа.
Подробные правила подготовки принципиальных схем и других видов документов, используемых в электротехнике, изложены в международном стандарте МЭК 61082-1.
Схемы электрических цепей часто рисуются с использованием той же стандартизированной основной надписи и рамки, что и другие инженерные чертежи .
Схемы релейной логики , также называемые схемами лестничной логики , используют еще одно общепринятое стандартизированное соглашение для организации схематических чертежей с вертикальной шиной электропитания слева и еще одной справа, а компоненты нанизаны между ними, как перекладины лестницы.
После того, как схема создана, она преобразуется в макет, который может быть изготовлен на печатной плате (PCB). Макет, управляемый схемой, начинается с процесса захвата схемы . Результатом является то, что известно каккрысиное гнездо . Крысиное гнездо — это путаница проводов (линий), перекрещивающихся друг с другом к своим узлам назначения. Эти провода прокладываются вручную или автоматически с помощью инструментов автоматизации проектирования электроники (EDA). Инструменты EDA организуют и перестраивают размещение компонентов и находят пути для дорожек, соединяющих различные узлы. Это приводит к окончательному макету интегральной схемы или печатной платы . [9]
Обобщенный поток проектирования может быть следующим:
Обучение функционированию электрических цепей часто входит в программу начальной и средней школы. [10] Ожидается, что учащиеся будут понимать основы схем цепей и их функционирования. Использование схематических представлений схем цепей может помочь в понимании принципов электричества.
Принципы физики схем часто преподаются с использованием аналогий, например, путем сравнения функционирования цепей с другими замкнутыми системами, например, с системами нагрева воды , где насосы являются эквивалентом батарей. [11]
