阅读原理图的技巧

综述

原理图是我们设计,建造和维修电路的蓝图。对于每一个电子工程师来说,解读原理图都是一项重要的技能。

这篇指导能把你变成一个熟练的原理图读者!我们将复习一遍所有的基本电路符号:

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然后我们将讲述如何把这些符号在原理图上连接起来从而创造一个电路模型。我们也会说一些提示以及要注意的点。

推荐阅读

理解原理图是非常基本的电子技能,但在你读这篇指导前,这里有一些你必须知道的东西。

如果他们比较模糊了,请先查看以下教程:

原理图标志(第一部分)

你已经准备好要接受大量的电路元件了吗?这里有一些多样的元件的标准基础化图标

电阻

电路中最基础的元件及其图标!电阻在原理图上通常以折线的形式出现,伴随两个末端伸到外部。原理图国际标准会用毫无特色的长方形替代这个波形折线。

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电位器和可调电阻

可调电阻和电位器各自在标准电阻的基础上增加一个箭头。可调电阻保留了两个末端,所以箭头只是在中间从对角线方向穿。而电位器是三端子器件,所以箭头作为第三个末端(滑片)

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电容

这里有两种常用的电容符号。一种代表极性(通常是电解和钽)电容,另一种是非极性电容。每一种都有两个末端,并且垂直于板面。

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图标有一个弯曲的板面表示它是极性的。弯曲面表示电容的阴极,其电压应小于正极,阳极引脚。极性电容符号的正极引脚通常还有一个加号。

电感

电感通常被表示为一系列颠簸曲线或者线圈。国际标准会用实心长方形表示电感

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开关

开关存在很多种形式。最基础的开关,单刀/单掷,是一个有半链接线代表执行器(把末端连接在一起的部分)的双末端符号

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多掷开关,比如下面的单刀双掷和单刀三掷,为执行器增加了更多的匝点。

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多刀开关,通常有多个相似的开关,这些开关有一条虚线交叉的中间驱动器。

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电源

就像为你的电路供电有很多选择,这里也有很多电源符号来帮助指定电源。

直流或交流电源

大多数运行电子电路的时候,你会用上交流电。我们可以用这两种符号来确定电源是直流(DC)还是交流(AC):

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电池

电池,无论他们是那些圆柱形, AA碱性的还是可充电锂聚合物,通常看起来像一对不成比例的平行线:

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越多对线通常代表越多电池。还有,长线通常代表正极端,而短线则是负极端。

电压节点

有时候——尤其是在繁琐的原理图里——你可以分配这特别的符号给节点电压。你可以连接装置到这单末端符号,它会直接连到5v,3.3v,vcc或者GND(地)。正极电压节点通常是箭头朝上表示,而接地端通常含有一至三条平行线(或者向下的箭头或三角形)。

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原理图符号(第二部分)

二极管

基础二极管通常以一个三角形紧压着一条线来表示。二极管也是极性的,所以每两个末端要求区分开来。正极,阳极端是三角形的一条边。负极,阴极端是符号单独线段的一边(想象作字母“A”)。

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这里有所有不同类型的二极管,每个都在标准二极管符号上加其特殊的标记。发光二极管(LED)在二极管符号上加了一对指向外的线。光电二极管,从光中获取能量(基本上,微小的太阳能电池),则翻转箭头并把它们指向二极管。

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其他的特殊二极管,像肖基二极管或齐纳二极管,都有它们自己的符号,在竖线部分有细微变化。

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晶体管

晶体管,无论它们是BJT还是MOSEFET都存在两种配置:正掺杂或负掺杂。所以任何一种类型的晶体管都至少有两种画法。

双极性晶体管

BJT是三脚元件:它有集电极(C),发射极(E)和基极(B)。这里有两种类型的BJT——NPN型和PNP型——它们各自有独特的符号

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集电极和发射极引脚在同一线上,但是集电极总是含有一个箭头。如果箭头指向内部,就是PNP型,如果指向外就是NPN型。有一个辅助口诀:“NPN:不指向内部”

金属氧化物场效应晶体管

像BJT,MOSFET也有三个脚,但这次它们叫作源(S),漏极(D)和栅极(G)。并且它们也有两套符号,取决于你要n-

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在符号中间的箭头(称作块)表明金属氧化物场效应晶体管是n沟道还是p沟道。如果箭头指进去表示是n沟道MOSFET,如果箭头指向外面就是p沟道MOSFET。记住“n is in”(有点像辨别npn晶体管的记忆方法)

数码逻辑门

我们标准逻辑功能——与门,或门,非门和异或门——都有它们特有的独特符号:

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加一个泡在输出端输出否定,建立非与门,非或门和非异或门:

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他们可能有不止两个输入端,但是符号的形状仍是一样的(可能大一点),但也只有一个输出。

集成电路

集成电路可以完成特别的指令并且种类很多,所以他们并没有特别的电路符号。通常,一个集成电路会表示为一个外部带有引脚的长方形。每个引脚都会标记了数字和功能。

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Atmega328微控制器Arduino一般都可看到)ATSHA204加密集成电路以及Attiny45MCU原理图符号如你所见在尺寸和引脚数量上有很大差异

因为IC是一类的电路符号,名字,值和标签就变得很重要了。每一个IC都应该有一个准确的芯片名来区分它们。

特别的IC:运算放大器,稳压器

一些更普通的集成电路确实有独特的电路符号。你通常会看到运算放大器呈下图的样子,有五个末端:非反向输入(+),反向输入(-),输出和两个能量输入

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一般,封装的IC里有两个运算放大器但是只需要一个接能量的引脚和一个接地引脚,这也是右边的只有三个引脚的原因

单一的稳压器是有输入端,输出端和地三个引脚的元件。这通常是一个左边有(输入)引脚,右边有(输出)引脚和底部有(接地)引脚。

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杂记

晶体和谐振器

晶体或者谐振器通常是单片机电路的关键部分。它们提供时钟信号。晶体符号通常有两个末端,然而谐振器加了两个电容在晶体上,通常有三个末端。

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接头和连接器

无论是供电还是传输信息,连接器在大多数电路都是常客。这些符号取决于连接器长得样子,下面是一些例子:

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电机,变压器,扬声器和继电器

我们把这些放在一起因为它们都利用了线圈。变压器()通常有两个线圈紧靠在一起并有一对直线分开它们。

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继电器通常是一个线圈配一个开关:

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扬声器和蜂鸣器通常是和它们现实中的形状相似的:

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电机一般会有一个“M”围在圆内,优势在末端还会有一些点缀:

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保险丝和PTC

保险丝和PTC——用于限制大电流涌入的装置——它们都有自己独特的符号:

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PTC符号实际是热敏电阻的的符号,由温度决定阻值的东西(注意到国际电阻符号在这了吗?)

毫无疑问,这里有许多电路符号在这列表里,以上的90%你需要在原理图上识别出来。一般来说,符号的数量应该与实际元件的数量一致。另外每一个在原理图上的符号应该有自己的名字和值,以便区分它们

命名和取值

成为原理图艺术家的一大关键是能够认出每一个元件。元件符号占据了一半的戏份,但每个元件还要命名和给定值才能完整。

名字和值

帮助确定元件究竟是什么。对于像电阻,电容和电感这些元件,值告诉我们它们是多少欧姆,法或者亨。对于其他像集成电路,值可能仅仅是命名引脚。晶体可能表示它们的振荡频率。基本上,值都会表示出这个元件最重要的特性

元件命名通常是一个或两个字母加一个数字的组合。字母部分表示元件的类型——R表示电阻,C表示电容,U表示集成电路,等等。一张原理图每个元件的命名必须唯一;如果你有许多电阻在一个电里,你需要命名为R1, R2, R3等元件命名有助于我们在原理图上找到具体的参考点。

名字的前缀是一个主要的标准。一些元件像电阻,前缀就是元件名的第一个字母。有些名字的前缀不那么明显,比如电感是L(因为电流也已经使用,但是它开始字母是c,电子真是奇怪的东西)。这里是一个元件和他们前缀名的简表:

 

NAME IDENTIFIER COMPONENT
R Resistors
C Capacitors
L Inductors
S Switches
D Diodes
Q Transistors
U Integrated Circuits
Y Crystals and Oscillators

 

尽管这些是元件的“标准”名,但是并不普遍一致。比如,你可能看到集成电路用IC表示而不是U,晶体被标记为XTAL而不用Y。用你最好的判断力来区分哪个是哪个。符号通常可以传达足够多的信息

看原理图

明白原理图上面的元件是什么已经能理解到它一半了。那现在要知道的就是怎样把所有符号连接在一起。

网,节点和标签

原理图网告诉你这些元件在电路中是如何接在一起的。网表现为元件末端间的连线。有时(不总是)它们有特别的颜色,像这原理图里绿色的线

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交叉点和节点

线可以把两个末端连接在一起,或者它们可以连一打。当一条线分成两个方向,这就产生了交叉点。我们在原理图上把交叉点表现为节点,一个小圆点置于线的交叉点。

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节点让我们知道“线穿过这个交叉点是连接在一起的”。在一个交叉点处没有节点意味着这两条线只是正好路过,而不是连接在一起。(在设计原理图时,尽可能避免有未连接的重叠线是一个很好的办法,但有时是无法避免的。)

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网络名称

有时候,为了使原理图更清晰,我们会给网起名字和标记它,而不是一条线穿过整个电路,相同名字的网相当于连接在一起,即使它们之间没有可看到的连接线。名字也可以直接写在网的顶部,或者做一个“标签”,悬在线上。

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如这个FT231X分线板的原理图,每一条同名的线都是相连的。名字和标签使原理图不那么混乱(想象一些这些网其实有线连着。)

通常网给出的名称明确说出了这条线上的信号的目的。例如,电源线会标记为“VCC”或者“5V”,然而串口线会标记为“RX”或者“TX”。

原理图的阅读贴士

识别模块

真正广阔的原理图应该分功能模块。有可能是功率输入和电压调节部分,或者微控制器部分,或者专门的连接器部分,尝试按照电路的输入到输出认出哪个部分是什么。一个真正好的设计者甚至把电路设计的像书本一样,从左边输入到右边输出。

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如果原理图的设计者很好(像这个红版原理图的设计者).他们可能把原理图按逻辑分开板块

识别电压节点

电压节点是单一末端的原理图元件,我们可以把它连接到元件的一个末端一以使其获得特定的电压。这些是网的命名的特殊应用,意味着所有末端像命名电压节点一样连接在一起

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像命名电压节点——如GND,5和V3.3V——是全都连接到它们相对应的部分,即使那里没有线

地电位点是非常有用的,因为许多元件需要接地。

参考元件数据表

如果有些部分在原理图上难以理解,尝试寻找其中最重要的元件的数据表。通常完成大部分工作的元件就是集成电路,像微控制器或者传感器。这些最大的元件通常会设在原理图的中央。

(注:原文来自于 Sparkfun社区)

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