Schaltung design und -konstruktion

Sie müssen im Laufe Ihres Lebens erkannt haben, was elektronische Schaltkreise bedeuten. Im Allgemeinen können wir diese Definition einer elektronischen Schaltung haben:

Eine Reihe von Teilen, deren Stifte auf besondere Weise mit einem leitenden Material (z. B. Kupfer) miteinander verbunden sind und die Änderungen am eingehenden Strom oder der eingehenden Leistung vornehmen sollen.

• In einem korrekten Stromkreis ist es möglich, den Strom zu jedem der Teile ein- und auszuleiten.

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Die Schaltung schematischer Plan

Eine Karte oder ein Plan, der angibt, wie Teile miteinander verbunden sind, wird als schematische Karte bezeichnet.

Es ist besser, diesen Plan mit einer Computersoftware zu zeichnen, damit er bei Problemen leicht bearbeitet werden kann.

Einige Software oder Anwendungen verfügen über einen Schaltungssimulator oder Testprogramme.

Jede elektronische Komponente oder jedes elektronische Teil verfügt über ein eigenes Schema oder Symbole, die im Schaltplan verwendet werden und eine ungefähre Form der inneren Struktur des Teils oder seiner Funktion zeigen. Auf diese Weise ist die Art der verwendeten Teile für jeden nachvollziehbar.

Um einen Schaltplan zu analysieren, beginnt man am besten mit dem Haupteingangsstrom vom Netzteil.

Versuchen Sie, einige einfache Schaltpläne zu analysieren und die Richtigkeit Ihrer Analyse praktisch oder mithilfe einer Simulatorsoftware zu überprüfen.

Die Symbole einer Schaltung schematische Karte

Versuchen Sie zunächst, im Kopf einen Umriss zu zeichnen, wie die Teile verbunden werden sollen.

Es liegt an Ihnen, wann Sie mit dem Zeichnen des Schaltplans beginnen. Es ist jedoch besser, zuerst die Blöcke/Abschnitte der Schaltung, bei denen Sie sich nicht ganz sicher sind, ob das Bild in Ihrem Kopf korrekt ist, mit einer Simulationssoftware oder auf einem Steckbrett aufzubauen. .

Nachdem Sie alle Blöcke in Ihrem Kopf angeordnet haben, beginnen Sie mit dem Zeichnen des Gesamtschaltplans mithilfe der Software.

In der Zeichnung wird das technische Schema der Teile (Symbol) verwendet, um sie darzustellen, und jedes Teil muss einen Bezeichnernamen haben, z. B. R1, R2 usw.

Es reicht aus, die Teile anzuordnen und die Zweige, die als Stift des Teils markiert sind, bei Bedarf mit einer Linie zu verbinden.

Hier sind einige Schemata und Bezeichner des Teils (je nach Software können sie unterschiedlich sein):

Widerstand / Resistor (R):

Potentiometer (variabler Widerstand) (P, R or VR):

Unpolarisierter Kondensator / Non-polarized capacitor (C):

Polarisierter Kondensator / Polarized capacitor (C):

Variabler Kondensator / Variable capacitor (VC):

Batterie oder Netzteil / power supply (P, B or Con):

Elektromotor (M):

Eine typische Diode (D):

Leuchtdiode / Light emitting diode (L, D or LED):

Zener diode (Z, D):

Mikrofon (Mic):

Lautsprecher / Speaker (Sp):

Induktor – Spule / Inductor-Coil (L):

Transformator / Transformer (T):

• In der schematischen Zeichnung werden immer ein oder mehrere Ströme eingegeben (über die Batterie, das Netzteil oder andere Schaltkreise) und die notwendige Verarbeitung erfolgt im Schaltkreis für diesen Strom, der über einen oder mehrere Ausgänge verfügen kann.

Zeichnen Sie einen Knoten im Schaltplan

Ein Knoten ist ein Punkt, an dem mindestens zwei Gleislinien miteinander verbunden sind. Dieser Punkt muss fett genug sein, um ihn von den gekreuzten Gleisen, die nicht verbunden sind, zu trennen.

• Manchmal zeichnen wir jetzt die Hauptschiene (Minuspol der Stromversorgung) und verwenden stattdessen das Erdungssymbol, um die Schaltpläne zu vereinfachen.
• Es ist besser, möglichst kurze Spurlinien zu zeichnen.

Zeichnen des Schaltplans

Um den Schaltplan zu zeichnen, müssen Sie die folgenden Tipps beachten:

• Verwendung von 1 Diode, um falschen Eingangsstrom zu verhindern.
• Durch die parallele Verwendung eines Kondensators (Filter/Entkopplungskondensator) vermeiden Sie Geräusche oder plötzliche Leistungsschwankungen. Die Kapazität dieses Kondensators sollte entsprechend der Eingangsspannung angepasst werden.
• Es ist besser, zwischen den beiden Schenkeln der Relaisspulenstifte eine Diode anzubringen, da diese Diode dazu führt, dass Induktivitätsstörungen vermieden werden.
• In den Bereichen, in denen mehrere Gleisleitungen zu einem Ausgangsgleis führen, kann durch den Einsatz der Dioden der Rückstrom verhindert werden.
• Sie können die erforderliche Eingangsspannung/den erforderlichen Eingangsstrom mithilfe der erforderlichen Formeln berechnen.

Das folgende schematische Diagramm zeigt ein Beispiel für einen Schutzblock einer Schaltung:

Es ist sehr wichtig, die Tipps zu befolgen, wenn Sie einen IC verwenden.

Das folgende Bild zeigt das Prinzipschaltbild eines Zwei-LED-Blinkers:

Die Schaltung auf einem Steckbrett (Breadboard)

Ein Steckbrett ist eine Plattform, die zum Testen von Schaltkreisen vor dem Entwurf der Leiterplatte (PCB) verwendet wird.

Es gibt so viele Löcher auf dem Steckbrett und sie sind in Gruppen verbunden (normalerweise 5 Gruppen).

Die Löcher haben die gleiche Größe wie die Stifte der Teile und müssen nicht gelötet werden.

Steckbrettdrähte:

Zeichnung einer Leiterplatte (PCB – Printed circuit board)

Die für die Leiterplatte verwendete Karte oder der Plan unterscheidet sich von der schematischen Karte. In einem PCB-Plan wird ein Bild verwendet, das die Position der Pins auf der Platine in ihrer tatsächlichen Größe zeigt, anstatt das Schema oder Symbol des Teils zu verwenden.

Eine Leiterplattenzeichnung besteht aus drei Hauptteilen:

Die oberen seitlichen Routen und Löcher (oberste Schicht – für Zwei-Wege-Boards)
Die unteren Seitenrouten und Löcher (untere Schicht)
Die Komponentenführungsschicht (Siebdruck)

Doppelseitiges Brett: Ein Brett, das sowohl eine Ober- als auch eine Unterschicht aufweist.

Metallisierte Platte: eine doppelseitige Platte, bei der die oberen Löcher zu den unteren Löchern führen. (Eine sehr dünne Schicht aus leitfähigem Material verbindet die Oberseite der Löcher mit der Unterseite.)

Der Siebdruck ist ein Schatten des Teils auf der Platine und zeigt außerdem den Namen und die Nummer des Teils.

Beispielsweise werden zwei Löcher für die Stifte mit passendem Abstand und ein Rechteck im Siebdruck für einen Widerstand verwendet. Für die Diode ein Rechteck mit einer Linie darin und für einen Kondensator ein Kreis.

Platzbedarf einiger Teile auf der Leiterplatte (in der Reihenfolge: Widerstand, Stecker, Diode, Kondensator, polarisierter Kondensator):

Zeichnen des Leiterplattenplans der Schaltung

Um ein PCB-Design zu zeichnen, ist es besser, die bekannte PCB-Designsoftware zu verwenden.

• Bevor Sie mit dem PCB-Design beginnen, zeichnen Sie den Schaltplan und fügen Sie ihn Ihrer PCB-Datei hinzu.

Normalerweise befinden sich die am häufigsten verwendeten Teile/Komponenten in ihrer Standardgröße in der Bibliothek der Software.

Nachdem Sie die gewünschten Teile platziert haben, müssen Sie die Stifte der Teile mithilfe von Tracks/Traces (leitenden Pfaden) oder der automatischen Routenführung der Software verbinden.

Achten Sie darauf, dass die Routen zum besseren Ausdrucken keinen anderen Winkel als 45 Grad und 135 Grad haben sollten.

Beispiel für die richtigen Pfade:

Das PCB-Design des Zwei-LED-Blinkers, der mit Software entwickelt wurde:

Der Siebdruck (silkscreen):

Die unterste Schicht (bottom layer):

• Die Position der Löcher ist in der unteren Ebene angegeben.
• Verwenden Sie eine Brücke (ein Stück Draht) mit zwei Löchern, wenn sich zwei Routen ohne Verbindung kreuzen müssen.
• Für komplexe Schaltungen mit vielen Anschlüssen können Sie doppelseitige oder metallisierte Leiterplatten verwenden.

Die Stückliste (bill of material-BOM) der Schaltung

Beim Zusammenbau der Platine ist die Verwendung einer Tabelle erforderlich, die den Namen des Teils, seine Nummer und seinen Code/Seriennummer oder Wert enthält. Diese Tabelle wird BOM (Bill Of Materials) genannt.

Die folgende Tabelle gilt beispielsweise für einen Blinker mit zwei LEDs:

Bezeichner / Designator	Seriennummer/Wert
T1,T2	BC107
R1,R2	1 K
R3,R4	33 K
LED1	5mm Red
LED2	5mm Green
C1,C2	56uF

Zusammenbau der Platine

Platzieren Sie die Teile/Komponenten gemäß Siebdruck und Stückliste auf der Leiterplatte. Löten Sie zuerst das Teil und schneiden Sie dann die zusätzlichen Enden/Drähte des Teils ab.