Схема электрических транзисторов, являющихся ключевыми компонентами электрических систем, способных регулировать ток в выходной цепи под воздействием входного сигнала, представлена на рисунке.
Методы чтения электрических схем
Электрические схемы должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 2.702-75. Код схемы определяется первой буквой Э (электрическая), а тип схемы обозначается цифрами:
- 0 — объединенная схема
- 1 — структурная схема
- 2 — функциональная схема
- 3 — принципиальная схема
- 4 — монтажная схема
- 5 — схема подключения
- 6 — общая схема
- 7 — схема расположения элементов
Таким образом, код принципиальной электрической схемы будет Э3.
Чтобы освоить чтение принципиальных схем, необходимо понимать обозначения отдельных элементов и уметь представлять, как будет функционировать система в целом. Рассмотрим ключевые элементы и принципы построения электрических схем.
Обозначение соединительных линий на электрических схемах
На электрических схемах отдельные элементы соединяются с помощью сплошных линий, которые могут представлять разные типы кабелей, каналов, шин или проводов.
Пересечение несоединенных проводов обозначается следующим образом:
В местах, где линии соединяются, ставится точка.
Нулевой провод отмечается буквой N, а заземление — специальным значком:
Контакты
Переключающие контакты, также известные как ключи, являются важными элементами в электрических схемах. Наиболее распространенными являются замыкающие, размыкающие и переключающие контакты, обозначения которых представлены на изображении.
Чтобы осознать, как будет действовать система при переключении контакта, необходимо мысленно представить перемещение элемента контакта от одной соединительной линии к другой.
Элементы управления
Реле широко используется во множестве электрических приводов.
Когда ток проходит через обмотку реле, осуществляется переключение контакта; связь между реле управления и контактом может быть изображена пунктирной линией.
Кроме того, реле и контакт могут иметь одинаковое буквенное обозначение.
Реле времени по переднему и по заднему фронту обозначаются так:
Геркон — это переключающий контакт, который срабатывает под воздействием магнитного поля, его электрическая схема выглядит следующим образом:
Исполнительные механизмы
Наиболее распространенными исполнительными механизмами в электрических системах являются электродвигатели и электромагниты:
Источники энергии
Обозначение генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую, представлено на рисунке.
Другие источники питания представлены на следующем изображении.
Сигнальные устройства
В электрических схемах часто обозначаются сигнальные устройства, такие как лампы и светодиоды. Эти устройства отображаются следующим образом:
Измерительные приборы
Наиболее часто на электрических схемах встречаются обозначения таких приборов, как амперметр и вольтметр, а также обобщенное обозначение измерительного прибора.
Общие элементы
Немногие схемы обходятся без таких элементов, как резистор, конденсатор и диод. Их обозначения представлены на следующей иллюстрации.
Резисторы
Резистор является наиболее распространенным компонентом в электронике. Они используются в различных устройствах, включая синхронные и асинхронные двигатели, работающие совместно с электроприводами.
Слово «резистор» происходит от латинского термина resisto, что переводится как «сопротивляюсь».
Резистор представляет собой пассивный элемент электрических цепей, обладающий определённым электрическим сопротивлением. Его основная функция заключается в преобразовании тока в напряжение и ограничении тока, при этом фактически резистор преобразует электрическую энергию в тепло.
Ключевой характеристикой резисторов является сопротивление, измеряемое в Омах (Ом). Это значение показывает, насколько проводник препятствует (сопротивляется) протеканию электрического тока. Сопротивление вычисляется согласно закону Ома:
Обратной величиной к сопротивлению является проводимость, измеряемая в сименсах (См), и равная 1 См = 1/Ом.
Сопротивление может быть как постоянным (в случае стационарных резисторов), так и переменным (для потенциометров, реостатов и переменных резисторов).
В общем случае резистор состоит из проводника с высоким удельным сопротивлением. Существует несколько типов резисторов: проволочные, непроволочные и металлофольговые. В качестве материала проводника часто используют манганин, константан, нихром, никелин и другие.
В конструкциях переменных резисторов применяется бегунок-токосъёмник, который перемещается по слою резистивного материала.
Условное графическое обозначение резистора в соответствии с ГОСТ 2.728-74 представляет собой прямоугольник размером 10×4 мм.
В этом прямоугольнике могут быть добавлены знаки, показывающие мощность элемента, которую следует использовать в схеме; эту информацию также можно найти в перечне элементов, который обычно прилагается к схеме.
Кстати, в нашей студии РОБОЛАТОРИЯ имеется широкий выбор курсов для детей и взрослых, где вы не только узнаете, как правильно обозначаются элементы на схемах, но и получите навыки сборки собственных схем и создания целых электронных проектов, таких как шагающий робот с управлением через мобильный телефон.
Курсы проводятся как в оффлайн, так и в онлайн-формате. Записывайтесь на пробный урок по ссылке.
Конденсаторы
Конденсатор — это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. В простейшем варианте он состоит из двух обкладок из проводящего материала, разделенных слоем диэлектрика. Согласно законам электричества, напряжение на обкладках конденсатора не может измениться мгновенно.
Конденсатор накапливает энергию от источника питания и после его отключения сохраняет ее до тех пор, пока не разрядится на нагрузку или не разрядится сам по себе (это свойство связано с утечками, которые являются паразитным эффектом реальных конденсаторов).
Это свойство активно используется в различных сглаживающих фильтрах питания, частотных фильтрах для обработки сигналов, фильтрах помех, а также для защиты полупроводниковых ключей от всплесков электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции при переключении. Т подобные меры также применяются для защиты контактов реле и во множественных других областях.
Существуют полярные и неполярные конденсаторы.
На практике большинство конденсаторов не имеют заданной полярности, однако электролитические конденсаторы должны быть подключены с соблюдением полярности.
Основная характеристика конденсатора — это его ёмкость, которая измеряется в фарадах. Один фарад эквивалентен ёмкости конденсатора, при которой заряд в 1 кулон создает напряжение в 1 вольт между его обкладками. Однако данная физическая величина имеет довольно большую размерность и в практике чаще используют ёмкости в микрофарадах (мкФ), что соответствует 0.000001 Ф или 10^-6 Ф, а также в нанофарадах (10^-9 Ф) и пикофарадах (10^-12 Ф).
На электрической схеме конденсаторы изображаются в виде двух параллельных линий, длиной 8 мм с расстоянием между ними 1.5 мм.
Обозначение источников питания
Любое радиоэлектронное устройство может функционировать лишь за наличие электроэнергии. В принципе, различают два типа источников электроэнергии: постоянного и переменного тока. В данном случае мы будем рассматривать источники исключительно постоянного тока, такие как батарейки, гальванические элементы, свинцово-кислотные аккумуляторы и разные блоки питания.
Научно исследуя весь ассортимент аккумуляторов, гальванических элементов и других подобных устройств, мы находим множество вариантов, различающихся как внешним видом, так и конструкцией. Несмотря на это, все они объединены одной общей целью — обеспечивать постоянный ток для питания электронных устройств. Поэтому на чертежах электрических схем источники питания обозначаются единообразно, хотя с некоторыми незначительными отличиями.
Принято рисовать электрические схемы слева направо, аналогично тому, как мы пишем текст. Однако это правило не всегда соблюдается, особенно среди радиолюбителей. Тем не менее, следует принять это правило к сведению и использовать его в будущем.
Гальванический элемент — одна батарейка, независимо от типа (пальчиковая, мизинчиковая или таблетированная) обозначается следующими символами: две параллельные черточки разной длины. Более длинная черточка указывает на положительный полюс, обозначаемый знаком «плюс +», а короткая — на отрицательный полюс, обозначаемый знаком «минус -».
Для большей наглядности также могут добавляться знаки полярности батарейки. Гальванический элемент или батарея имеет стандартное буквенное обозначение G.
Тем не менее, радиолюбители не всегда придерживаются этой стандартной шифровки и часто используют вместо G букву E, что указывает на то, что данный гальванический элемент открывает источник электродвижущей силы (ЭДС). Рядом также может быть указана величина ЭДС, например, 1,5 В.
Иногда вместо изображения самого источника питания отображают только его клеммы.
Группа гальванических элементов, которые могут подлежать повторной зарядке, именуется аккумуляторной батареей. На чертежах электрических схем такие элементы обозначаются аналогично. В этом случае между параллельными черточками будет находиться пунктирная линия, и применяется буквенное обозначение GB, где вторая буква указывает на «батарея».
Обозначение проводов и их соединений на схемах
Электрические провода выполняют роль объединения всех электронных элементов в единую цепь и действуют как трубопровод, обеспечивая подачу электронов к различным компонентам. Они могут варьироваться по множеству параметров: сечению, материалу, типу изоляции и т.д. В данной статье мы сосредоточимся на использовании монтажных гибких проводов.
На печатных платах для этого служат токопроводящие дорожки. Независимо от типа проводника (проволока или дорожка) на чертежах электрических схем они обозначаются одинаково — прямой линией.
Например, чтобы включить лампу накаливания, необходимо подвести напряжение от аккумуляторной батареи с помощью соединительных проводов к лампочке. В этом случае цепь будет замкнута, и в ней начнет протекать ток, который вызовет нагрев нити лампы до состояния свечения.
Проводник обозначается прямой линией: горизонтальной или вертикальной. Согласно стандарту, провода или токоведущие дорожки могут изображаться под углом в 90 или 135 градусов.
В сложных цепях проводники часто пересекаются. Если при этом электрическая связь не образуется, то точка в месте пересечения не ставится.
Если в месте пересечения проводников образуется электрическая связь, то такое место обозначается точкой, называемой электрическим узлом. В узле могут пересекаться несколько проводников одновременно. В этом контексте полезно обратить внимание на первый закон Кирхгофа.
Классификация электрических цепей
Электрические цепи классифицируются по назначениям:
- Силовые электрические цепи;
- Электрические цепи управления;
- Электрические цепи измерения;
Силовые цепи предназначены для передачи и распределения электрической энергии. Именно через силовые цепи электрическая энергия подводится к потребителям.
Цепи также подразделяются по величине тока, протекающего в них. Например, если ток превысит 5 ампер, такая цепь считается силовой. Когда вы включаете чайник в розетку, вы замыкаете силовую электрическую цепь.
Электрические цепи управления не являются силовыми и предназначены для управления работой или изменением параметров электрических устройств и оборудования. Примером управления служат аппараты для контроля, управления и сигнализации.
Электрические цепи измерения предназначены для регистрации изменений параметров функционирования электрического оборудования.
Расчет электрических цепей
Расчет электрической цепи подразумевает нахождение всех токов в данной цепи. Существует множество методов для расчета электрических цепей, включая законы Кирхгофа, метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие. Рассмотрим применение метода контурных токов с помощью конкретного примера.
Сначала выделяем контуры схемы и обозначаем токи в них. Направление тока можно выбирать произвольно; в нашем случае мы примем его по часовой стрелке. Затем для каждого контура составляем уравнения по второму закону Кирхгофа. Уравнения формулируются следующим образом: ток контура умножается на его сопротивление, к полученному выражению добавляются произведения токов других контуров и соответствующих сопротивлений этих контуров. По нашей схеме:
Полученная система решается с учетом исходных данных задачи. Токи в ветвях исходной цепи рассчитываются как алгебраическая сумма контурных токов.
Какой бы ни была электрическая цепь, с которой вам нужно будет работать, наши специалисты всегда готовы оказать помощь в решении задач. Мы найдем все токи по правилам Кирхгофа и решим любые уравнения, касающиеся переходных процессов в схемах. Учитесь вместе с нами с удовольствием!
Радиоэлементы
При анализе принципиальных схем устройств важно знать условные обозначения диодов, резисторов и других аналогичных компонентов.
Знание условных графических обозначений поможет вам разобраться практически с любой схемой, будь то бытовое устройство или электропроводка. Номиналы требуемых деталей зачастую указаны рядом с изображениями, однако на более сложных схемах они описываются в отдельной таблице, где приводятся буквенные обозначения элементов схемы и их номиналы.
Буквенные обозначения
Кроме того, что элементы на схемах имеют условные графические наименования, они также обладают буквенными обозначениями, стандартизированными по правилам ГОСТ 7624-55.
| Название элемента электрической схемы | Буквенное обозначение | |
|---|---|---|
| 1 | Выключатель, контролер, переключатель | В |
| 2 | Электрогенератор | Г |
| 3 | Диод | Д |
| 4 | Выпрямитель | Вп |
| 5 | Звуковая сигнализация (звонок, сирена) | Зв |
| 6 | Кнопка | Кн |
| 7 | Лампа накаливания | Л |
| 8 | Электрический двигатель | М |
| 9 | Предохранитель | Пр |
| 10 | Контактор, магнитный пускатель | К |
| 11 | Реле | Р |
| 12 | Трансформатор (автотрансформатор) | Тр |
| 13 | Штепсельный разъем | Ш |
| 14 | Электромагнит | Эм |
| 15 | Резистор | R |
| 16 | Конденсатор | С |
| 17 | Катушка индуктивности | L |
| 18 | Кнопка управления | Ку |
| 19 | Конечный выключатель | Кв |
| 20 | Дроссель | Др |
| 21 | Телефон | Т |
| 22 | Микрофон | Мк |
| 23 | Громкоговоритель | Гр |
| 24 | Батарея (гальванический элемент) | Б |
| 25 | Главный двигатель | Дг |
| 26 | Двигатель насоса охлаждения | До |
Обратите внимание, что большинство обозначений используют кириллицу, однако резистор, конденсатор и катушка индуктивности обозначаются латинскими буквами.
Существует также особенность в маркировке реле. Они бывают разных типов и маркируются следующим образом:
- реле тока — РТ;
- реле мощности — РМ;
- реле напряжения — РН;
- реле времени — РВ;
- реле сопротивления — РС;
- указательное реле — РУ;
- промежуточное реле — РП;
- газовое реле — РГ;
- реле с выдержкой времени — РТВ.
Это всего лишь наиболее общепринятые условные обозначения в электрических схемах. Теперь вы сможете понять большую часть чертежей и планов. Если возникнет необходимость узнать о более редких элементах, изучайте соответствующие ГОСТы.
