Jak interpretować schemat w kategoriach wejścia / wyjścia [zamknięte]

Jestem programistą, który studiuje elektronikę dla hobby (ale poważnego, nie tylko dla zabawy). Uważam się za posiadającego rozsądną wiedzę na temat elektroniki cyfrowej. Na przykład już opisałem procesory, proste procesory graficzne, karty sieciowe, kontrolery pamięci RAM itp. W VHDL, a następnie do FPGA. Jeśli chodzi o elektronikę cyfrową, to ten rodzaj wiedzy, którą mam do tej pory.

Teraz chcę poprawić swoją wiedzę na temat elektroniki analogowej. Do tej pory studiowałem: tranzystory, wzmacniacze bjt, opampy, obwody RLC, filtry pasywne i aktywne, proste czcionki liniowe i niektóre klasyczne układy scalone, na przykład 555.

Ale wciąż brakuje mi umiejętności czytania i rozumienia schematu obwodu anologicznego w następującym znaczeniu: kiedy widzę schemat obwodu cyfrowego, łatwo jest określić, gdzie są wejścia i wyjścia, jak przepływ danych przez obwód i jak każdy stopień przekształca sygnał wejściowy. Na przykład poniższy obraz można łatwo uzasadnić pod względem nakładów i wyników.

Ale podczas czytania schematu obwodu analogowego nie mogę jeszcze sam podzielić schematu na bloki / części, nawet przy dokładnym przestudiowaniu. Na przykład następujący schemat (SPMS):

Ze względu na tak wiele szeregowych i równoległych połączeń oraz ponieważ prąd może przepływać w obu kierunkach w niektórych częściach obwodów, trudno mi uzasadnić pod względem wejścia i wyjścia.

Oto moje pytanie: czy istnieje sposób na odczyt i interpretację schematów obwodów analogowych w kategoriach wejścia / wyjścia w taki sam sposób, jak schematy cyfrowe (na przykład bramki logiczne)? Czy w przypadku obwodów analogowych istnieje inny sposób uzasadnienia obwodu? Innymi słowy: czy istnieje systematyczny, algorytmiczny sposób odczytu i interpretacji schematów analogowych, czy też każdy obwód wymaga analizy ad hoc? Czy jest abstrakcja, z której korzystają inżynierowie elektrycy?

To, czego do tej pory próbowałem: uzasadnić obwód za pomocą abstrakcji sygnałów; spróbuj podzielić obwód pod względem buforów (z powodu impedancji wejściowej / wyjściowej), ale jak dotąd nie działało to dobrze, ponieważ: nie wszystkie obwody mają bufory lub nie działają z sygnałami. Próbowałem także rozdzielić obwód, najpierw patrząc na układy scalone, a następnie na dyskretne elementy wokół niego. Potem poszedłem do arkusza danych IC i przeczytałem tam instrukcje. Ale to również nie działało we wszystkich przypadkach, ponieważ nie wszystkie obwody mają układy scalone.

Moje cele to: biorąc pod uwagę schemat, spróbuj zidentyfikować bloki funkcjonalne: filtry, wzmacniacze itp.; aby móc zaprojektować (dla mnie jest to najważniejszy cel) schematy o takiej złożoności jak powyższy SPMS. W obu przypadkach muszę zrozumieć, w jaki sposób jeden etap jest połączony z drugim.

Proszę o wybaczenie, jeśli moje pytanie jest trochę niejasne. Jak powiedziałem, jestem programistą, a nie inżynierem elektrykiem i wciąż brakuje mi słów kluczowych i koncepcji. Jeśli to możliwe, pomóż mi poprawić moje pytanie.

analog schematics

— Hadley Siqueira
źródło

To pytanie jest naprawdę zbyt ogólne, aby można było na nie skutecznie odpowiedzieć, inne niż „Idź, zdobądź licencję BS w EE”. To, co może zadziałać, to wybrać konkretny schemat i poprosić nas o wyjaśnienie procesu myślowego w próbie zrozumienia, co on robi.

— Olin Lathrop,

Dziękuję, @OlinLathrop. Załóżmy, że biorę BS w EE. Jakie kursy są powiązane z moim pytaniem? Nie zamierzam teraz brać prawdziwej BS w EE (może w przyszłości), ale mam czas, aby przeczytać literaturę, którą możesz polecić

— Hadley Siqueira

Nie ma konkretnego kursu „przeczytaj schemat”. Zdobywacie doświadczenie, rozpoznacie bloki i możliwe uproszczenia, co można zignorować, a czego nie, i tak dalej. Nie ma jednej odpowiedzi na twoje pytanie, jest to sprawa indywidualna. Jedynym sposobem, aby nauczyć się czytać schematy jest ... Czytaj schematy, nie powiodło się, uczyć się, powtarzać.

— Vladimir Cravero

Wszystkie kursy elektrotechniki podjęte dla BS EE przyczyniają się do twojej umiejętności rozszyfrowania schematu. Musisz się czołgać, zanim będziesz mógł biegać.

— Elliot Alderson

@Hadley, pytasz „Jak interpretować?”, Oto post, który odpowiada na wzajemne pytanie „Jak narysować schematy, które są łatwiejsze do interpretacji?”

— Nick Alexeev

Odpowiedzi:

Chodzi o identyfikację wzoru, a otrzymujesz to, patrząc na prostsze schematy, a następnie stamtąd budując. Ogólnie rzecz biorąc, ludzie wybierają wzorce projektowe z dość ograniczonego zestawu opcji, więc gdy poznasz kilka, możesz zacząć rozumieć, co robią poszczególne części projektu. Następnie możesz je „zignorować” i skoncentrować swoje wysiłki na zrozumieniu bitów, których nie znasz.

Często uważam, że wyzwaniem jest faktyczny układ schematu. Na przykład na schemacie SMPS wyraźnie widać, że ściśle pasuje do prostokątnej przestrzeni, więc niektóre wzory nie są ułożone w układzie podręcznika. Ćwicz, ćwicz, ćwicz i pytaj tutaj, kiedy potrzebujesz pomocy :)

— awjlogan
źródło

Jest o wiele więcej niż rozpoznawanie wzorów. Wzory pomagają w rozpoczęciu pracy, gdy schemat jest dobrze ułożony, ale w końcu nadal musisz podążać ścieżkami sygnału i wizualizować przepychające się napięcia i płynące prądy.

— Olin Lathrop,

@OlinLathrop Oczywiście, ale, jak już powiedziałem, chodzi o to, by być w stanie zredukować „hałas” i skupić uwagę na bitach, których nie rozumiesz.

— awjlogan

Kontekst schematu przedstawia początkową trasę do obwodu.

Na przykład zilustrowałeś SMPS. Z definicji wymaga to mocy wejściowej i zapewnia regulowaną moc wyjściową prądu stałego. Musisz teraz zeskanować schemat, aż znajdziesz słowa „FILTR WEJŚCIA” w lewym górnym rogu i „WYJŚCIE DC w prawym górnym rogu”.

Wewnątrz tego obwodu będzie wiele bloków, które indywidualnie mają wejście i wyjście, i są ze sobą połączone w celu wykonania ogólnej funkcji. Tutaj identyfikacja części jest twoim przyjacielem, a po kilkukrotnym przejrzeniu go, szybko przyzwyczaisz się do liczb. TL494 i 78L05 są odpowiednio przełącznikiem i regulatorem niskiego napięcia. Czytasz te dane, a one mówią ci, co robią części i jakie są funkcje pinów.

Przykłady, które wybrałeś dla cyfrowej kontra analogowej są nieco ekstremalne. Jeśli opublikowałeś schemat MCU, z autobusami kursującymi między pamięcią RAM i ALU a urządzeniami peryferyjnymi i ... masz ogólny pomysł, brak danych wejściowych lub wyjściowych, chyba że wiesz, czego szukasz. Równoważność analogowa w złożoności funkcji logicznej ABC byłaby gdzieś pomiędzy TL494 a 78L05. Odpowiednikiem SMPS byłby MCU.

Przyzwyczaj się do liczb, używaj google do tworzenia kart danych, rozkładaj na bloki funkcjonalne (takie jak urządzenia peryferyjne SPI), zacznij od prostych i wielu ćwiczeń. To zupełnie normalne, że głowa eksploduje, gdy znajdziesz się w nowym polu.

Być może studiowałeś opampy i 555, ale czy zbudowałeś coś z nich? Elektronika naprawdę jest praktyczną dyscypliną. Jeśli nie chcesz dostać płyty kontrolnej i DMM, to przynajmniej zagraj z symulatorem obwodu. Czytam podręczniki programowania i myślę, że rozumiem, ale dopiero wtedy, gdy mam coś znacznie wykraczającego poza „Hello World”, zdaję sobie sprawę, że nie rozumiem.

— Neil_UK
źródło

Dziękuję Ci. Wiem, że przykłady, które podałem, różnią się pod względem trudności, ale to dlatego, że nie był to główny punkt. Jeśli chodzi o twój przykład połączenia MCU i RAM, uważam tę część za analogową, na przykład z powodu zastosowania kondensatorów do filtrowania. Zgadzam się również z twoją sugestią, ale nie zawsze działa szukanie informacji na schemacie dla nazwanych części, ponieważ nie zawsze tak jest w przypadku tego pytania: electronics.stackexchange.com/questions/387497/... )

— Hadley Siqueira

Być może powinienem zapytać (?): Jak zaprojektować części / moduły / sekcje, które zachowują swoje zachowanie po połączeniu z innymi częściami? Kiedy mam na przykład bramkę logiczną, taką jak falownik, zawsze będzie odwracać wejście. Nie dotyczy to na przykład dzielnika rezystora, jeśli podłączę coś równolegle z jednym z oporników dzielnika, ponieważ napięcie wyjściowe może się różnić

— Hadley Siqueira

Innym sposobem, który, jak sądzę, mógłbym zapytać, jest: jakie są ogólne wytyczne, aby przejść od czegoś takiego jak poniższy obraz do tego, który zamieściłem na moje pytanie: lonetechnologist.files.wordpress.com/2016/12/…

— Hadley Siqueira

Jedna odpowiedź to budowanie rzeczy. Chociaż specyfikacje wejściowe i wyjściowe są bardzo ładne na stronie, naprawdę musisz zmierzyć się z rzeczywistością łączenia źródła wyjściowego i obciążania prądów i obciążeń wejściowych, zanim zaczniesz je sprawdzać. Logiczne I / O jest łatwiejsze do określenia niż analogowe I / O. Nie zapominaj jednak, że logiczne operacje we / wy są analogowe i musisz wszystko załatwić, zanim zrozumiesz, że prędkości narastania, opóźnienia czasowe, krańcowe poziomy logiczne, odbicie od ziemi, indukowany hałas psują miłą interpretację „1” i „0” . Rozumiem twoją frustrację, ale będziesz musiał poświęcić kilka godzin.

— Neil_UK,

@HadleySiqueira „Jak zaprojektować części / moduły / sekcje, które zachowują swoje zachowanie po połączeniu z innymi częściami?” W przeciwieństwie do oprogramowania, w elektronice często nie można. Musisz zrozumieć, z czym się łączy, abyś mógł przewidzieć, w jaki sposób będą one oddziaływać i odpowiednio zaprojektować.

— evildemonic

Myślę, że szukasz jakiegoś schematu blokowego, czegoś, co można oceniać za pomocą jakiegoś algorytmu, od początku do końca, na przykład programu komputerowego. Oczekujesz, że schemat opisuje, co robi maszyna. Ale inżynier elektryk patrzy na schemat, aby zobaczyć, jak zbudowana jest maszyna. Wykorzystuje doświadczenie, kontekst i inne zasoby, aby zobaczyć, co robi i jak działa.

Podany przez ciebie cyfrowy „schemat obwodu” jest o krok dalej niż schemat obwodu. Gdzie jest zasilacz? Jakiego rodzaju układu scalonego używam? Które bramy są w jakich układach scalonych? Jakie są numery pinów? Co z kondensatorami odsprzęgającymi? Złącza Ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi?

Nic nie mówi, że schematy na podobnym poziomie abstrakcji nie mogą istnieć dla obwodów analogowych. Na przykład oto bardzo podstawowe radio zdefiniowane programowo:

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Oto kolejny, Softrock Lite II :

Jedyną różnicą jest ilość szczegółów obecnych na schemacie. Destyluje się obwód w bloki funkcjonalne z wyraźnymi wejściami i wyjściami. Drugi zapewnia pełny opis każdego fizycznego elementu w obwodzie i sposobu ich połączenia.

Zapytałeś, jak interpretować schematy w kategoriach danych wejściowych i wyjściowych. Jeśli jest to schemat pokazujący bloki funkcjonalne, jest to łatwe.

Ale jeśli jest to taki, który pokazuje obwód elektroniczny, zasadniczo nie jest to możliwe. Obwód elektroniczny to maszyna, taka jak zegarek, silnik odrzutowy lub temperówka. Schemat jest jak plan: mówi, jak zbudować maszynę, a nie to, co robi. Schemat nie jest schematem blokowym. Komponenty elektroniczne nie działają pojedynczo, jak instrukcje w programie komputerowym. Działają wszystkie naraz. Linia na schemacie niekoniecznie jest podłączona do wejścia na jednym końcu i wyjścia na drugim końcu. Nie oznacza to przepływu informacji. To raczej wskazuje, że dwie części „dotykają”, mówiąc elektrycznie.

— Phil Frost
źródło

Dziękuję za Twoją odpowiedź. Całkowicie rozumiem, co pan powiedział. Ale na szczęście opublikowałeś zdjęcie (drugie), w którym kolory wydają się wskazywać na wyraźne rozdzielenie etapów. To daje mi pomysł, że te części można zaprojektować samodzielnie i połączyć je razem. Ale na przykład, kiedy widzę kondensatory C2, C15 i C17, zastanawiam się, czy U3 nie zobaczy połączonej wartości pojemności zamiast tylko C15 (która wydaje się pasować do U3 według kolorów). Ponadto, kiedy widzę U1 i U4, wydaje się, że istnieje naturalna ścieżka dla prądu z powodu wysokiej / niskiej impedancji tych elementów

— Hadley Siqueira

Nie nazwałbym góry rysunkiem schematem. To jest schemat blokowy.

— Olin Lathrop,

Tylko dla wzmocnienia: czy naprawdę można zaprojektować kolorowe części jeden po drugim, a następnie po prostu połączyć je prostymi drutami, tak jak to ma miejsce na drugim obrazie?

— Hadley Siqueira

Tak, jeśli określisz parametry każdego wejścia i wyjścia i jesteś pewien, że są one zgodne. W ten sposób dzielimy złożony projekt na szereg modułów lub sekcji.

— Tranzystor

Linia od styku 3 U1 jest zasilaczem + 5 V, więc C2, C15 i C17 są kondensatorami obejściowymi zasilania. Widać, że linia ta zasila wszystkie bloki obwodów. Analizując działanie całego obwodu, można w dużej mierze zignorować tę linię zasilającą, ponieważ nie bierze ona udziału w przepływie lub przetwarzaniu sygnału. Przypuszczam, że mogę rozpoznać tę linię jako moc, ponieważ wiem, że LM7805 jest bardzo często stosowanym regulatorem napięcia.

— Peter Bennett,