原理图:电路设计的基本要素

在电气工程领域似乎有无限量的信息可以学到。电气工程师最重要的技能之一是能够阅读和创建原理图。在您开始学习欧姆定律,叠加定理和delta-wye变换之前,您需要对如何读取(和绘制)电路原理图有一个基本的了解。

我喜欢维基百科中原理图的定义:“原理图或原理图,是使用抽象,图形符号而不是实际图片的系统元素的表示。原理图通常省略与原理图要传达的信息无关的所有细节,并且可能会增加有助于理解的不切实际的元素。在电子电路图中,符号的布局可能不像电路中的布局。

在创建原理图时,确保以正确的抽象级别说明电路很重要。如果您只是想传达一个高层次的概念,餐巾纸原理图可能会做的伎俩。如果您需要创建一个模拟原理图,那么恶魔在细节中 - 您需要清楚电源,信号源,组件值等。或者,如果您要创建一个已发布的原理图纸张,您将需要抛光的东西,在细节和抽象之间进行适当的折衷。

示意图

由于各种原因,我已经创建了原理图,我使用的工具取决于我正在绘制的原理图类型。如果我正在为报告,文章或博客文章绘制一些内容,我的重点更多在于一个干净,专业的表现,不一定包括模拟或构建电路所需的细节。我已经取得了一些成功的一个工具是Digi-Key的Scheme-It。由于它是一个以EE为中心的原理图工具,所以将电路图汇集到一起很简单易用。添加或省略组件的标签很容易,并找到传达图表的相应详细程度的符号。例如,当搜索电容器时,我能够找到19个不同的符号。

Digi-Key的方案 - 它的原理图工具

图1. Digi-Key的方案 - 它的原理图工具。

如果您很难使用Scheme-It来完成所需的操作,则可以通过将图形导出到SVG,然后在像Inkscape或Adobe Illustrator这样的工具中进行编辑来手动调整图形。例如,Scheme - 它没有完全排列我的网络和终端,所以我只是在Inkscape中清理,并从那里导出到PNG。

如果您想了解有关SVG语法的更多信息,一个很好的起点是
http://www.w3schools.com/graphics/svg_intro.asp 。Inkscape将允许您通过XML直接编辑SVG,如果您发现自己想编辑SVG,可以方便地了解它们后面的源代码。

这种类型的原理图的另一个好的选择是Microsoft Visio。Visio是一个更广泛的原理图工具,所以你必须挖掘一下找到电气组件。使用搜索功能,我祝你好运。Visio给我更多的控制我的图表 - 我可以改变线宽,颜色等。我没有遇到任何问题,我需要去修复我的图在另一个工具。但Visio有一个成本和与之相关的学习曲线 - Scheme-It和Inkscape是绘制报告,文章等原理图的一个很好(低成本)的起点。

 Inkscape工具中的原理图编辑

图2. Inkscape工具中的原理图编辑。

模拟原理图

对于电路的仿真,您需要一个工具,您可以创建一个示意图,并具有相关联的网表。例如,SPICE模拟器使用的网表文件通常包含关于图的信息,以及建模和仿真信息。一般来说,您将不得不对电路的细节进行更深入的了解,以便成功地模拟电路。而不是使用通用运算放大器符号,您现在需要指定一些更细的细节:您将向电源引脚提供什么电压?你想用哪个特定的运算放大器来运行你的模拟?要连接的电路的输出是什么(为了观察加载在设计中的效果)?

LTspice是SPICE仿真的流行工具,如果您想了解如何使用它,还有大量信息可用。一个开始的地方是使用LTspice IV入门指南 (PDF)。但是,如前所述,您必须具体了解电路,并确保您已经定义了输入信号,耗材,仿真类型等。此外,SPICE工具非常方便绘图和模拟模拟电路,但是赢得了如果您想为混合信号或数字电路制定图表,对于您来说应该做很多事情。

LTspice电路仿真工具

图3. LTspice电路仿真工具。

建筑示意图

如果您需要构建电路,面包板或PCB(印刷电路板),那么您将需要使用可将原理图链接到物理布局的工具。Fritzing是一个很好的选择 - 它非常容易学习,并且可以处理简单的PCB布局以及面包板布局。您不应该在网络上找到Fritizing的教程,但是一个好的开始是http://fritzing.org/learning/

我通常从构建我的原理图开始。一旦我把它拉到一起,我开始在面包板上工作,就像一个谜题。这是我最喜欢的Fritzing之一 - 它允许我快速看到如何将我的面包板布局放在一起,然后我开始修剪和剥线。

当为了构建电路而创建原理图时,您会注意到该工具想要考虑设备上的每个引脚。因此,在图4中的Fritzing屏幕截图中,您将看到有一些未连接的引脚(红色)。因为Fritzing的目的是让您进入面包板(或PCB),所有物理引脚都包含在符号中,即使某些引脚可能未连接到任何内容。

裂纹工具将原理图连接到PCB或面板板布局

图4.裂纹工具将原理图连接到PCB或面板板布局。

像大多数物理布局工具一样,分层与原理图设备和布局视图的连接同步。当您构建原理图时,面包板(和PCB)视图将显示浅色虚线,以指示需要连接的连接。

裂纹工具提供电路的面板板视图

图5.裂纹工具提供电路的面板板视图。

正确的示意图导致了一个记录良好的操作电路

图6.正确的示意图导致了一个记录良好的操作电路。

虽然我希望这是一个有用的概述一些原理图相关的工具,但肯定有很多其他我没有在这里覆盖。有一点挖掘,你会发现许多其他工具,可能会证明比您在本文中探索的项目更有用。我很乐意听到您发现的其他工具有用。

最后,一个电路测验。

继续我们刺激思想过程的传统,本月的测验是...

在相同的戴维宁等效网络上进行两次实验,并且对每种情况测量当前的i。网络的戴维南等效电压和电阻是多少?

您应该能够在您的头脑中执行此操作,但该解决方案可在“ EngineerZone®”的StudentZone论坛上找到。

作者:安妮·马哈菲

Anne Mahaffey于2003年加入ADI,担任直接数字综合产品的测试工程师,接受了乔治亚理工学院的BSEE,以及北卡罗来纳州立大学的MSEE。自2013年以来,她一直在线上设计工具集团工作,负责仪器放大器钻石绘图工具和ADIsimDDS等工具。

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