Entendiendo esquemas

Si está buscando un mejor manejo de cómo leer los esquemas, esta guía útil le dará una ventaja.

Cada nuevo diseño de placa de circuito eléctrico comienza como una idea. Esa idea luego se define, con palabras y diagramas, en una especificación. Cualquiera puede tomar una idea hasta aquí, pero el siguiente paso requiere una comprensión fundamental de los esquemas del circuito.

Los esquemas de circuitos son el puente entre el diseño eléctrico conceptual y la realización física de un conjunto de placa de circuito impreso o PCBA.

Circuito de palanca

Los esquemas tienen dos propósitos fundamentales. En primer lugar, comunican la intención del diseño. Para alguien experto en el arte del diseño eléctrico, los esquemas deben transmitir claramente la intención del diseño. Y segundo, existen para dirigir y controlar el diseño de PCB.

Para obtener un buen comienzo en la comprensión de los esquemas, debe comprender algunas cosas básicas: símbolos de componentes, designadores de referencia (REFDES), redes y salidas.

Designadores de referencia (REFDES)

Los designadores de referencia son etiquetas de identificación únicas para cada componente físico y se comunican mucho sobre los componentes a los que hacen referencia.

El uso adecuado de REFDES le indica al lector esquemático el tipo de componente y la cantidad de símbolos por componente. Si bien hay símbolos estándar que representan varios tipos de componentes eléctricos, que analizaremos a continuación, no todos los esquemas siguen todos esos estándares.

En el caso de que cada componente pasivo se muestre como un cuadro genérico con pines, los prefijos del designador de referencia pueden decirle mucho sobre el tipo de componente que representa ese símbolo. Los designadores de referencia también sirven como enlace a la lista de materiales (BOM). La lista de materiales tiene el número de pieza de cada componente en el diseño de su PCBA, e indica qué ubicaciones deben tener esa pieza instalada, por REFDES.

El formato estándar de la industria para designadores de referencia incluye un código de letra, que indica el tipo de componente, seguido de un número único.

BT = Batería	J = conector	R = Resistor
C = Condensador	K = Relé	S o SW = Interruptor
D = diodo	L = Inductor	T = Transformador
F = Fusible	P = conector	U = Circuito Integrado
H = Hardware	Q = Transistor	Y = Cristal

Indicaremos los REFDES para cada componente a medida que identificamos sus símbolos a continuación.

Símbolos componentes

Los símbolos de los componentes en un esquema representan componentes físicos que se soldarán a la placa de circuito impreso (PCB) durante el proceso de ensamblaje. A veces también pueden representar estructuras de PCB, como vías o puntos de prueba.

Los símbolos de los componentes son a menudo una forma o dibujo estándar de la industria que indica qué tipo de componentes eléctricos son, aunque a veces no son más que un rectángulo con pasadores. Los resistores, capacitores, inductores, diodos y transistores tienen símbolos estándar que cubriremos brevemente a continuación.

Los símbolos de los componentes siempre tienen uno o más pines a los que se pueden hacer conexiones eléctricas. Cada pin de símbolo esquemático tiene un número que corresponde con el dibujo del componente físico. Se pueden usar uno o más símbolos para definir un solo componente eléctrico. Los componentes con muchos pines a menudo se representan mediante múltiples símbolos esquemáticos, simplemente para permitir esquemas legibles.

En el caso de una parte definida por varios símbolos, cada símbolo particionado que se refiere al mismo componente físico comparte el mismo designador de referencia.

Símbolos esquemáticos de uso común

Resistor

Los resistores son componentes eléctricos extremadamente comunes. Por lo general, se muestran como una línea en zigzag en los EE. UU., Aunque el estándar internacional los muestra solo como un rectángulo.

Los símbolos estadounidenses (arriba) e internacionales (abajo) para resistencias

Los resistores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra “R”.

Condensador

Los condensadores también son muy comunes. Se muestran como dos líneas separadas por un espacio, que transmiten su construcción fundamental de dos placas cargadas separadas por un dieléctrico. Los dos símbolos del capacitor primario son no polarizados y polarizados.

Los condensadores polarizados se indican mediante una línea curva (para indicar un terminal negativo) y / o un signo más (para indicar un terminal positivo).

Símbolos del condensador. Se muestran un condensador no polarizado en el extremo izquierdo y tres versiones de un condensador polarizado.

Los condensadores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "C".

Inductor

Los inductores, como las resistencias y los condensadores, son componentes pasivos fundamentales utilizados en los circuitos eléctricos. Los inductores se muestran como una serie de curvas que representan su construcción básica. Los inductores se construyen más simplemente con una bobina de cable alrededor de algún material del núcleo.

Símbolo inductor

Los inductores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "L".

Diodo

Los diodos son componentes eléctricos que solo permiten que la corriente fluya en una dirección. Hay una variedad de tipos de diodos. Los diodos Zener, por ejemplo, no permiten la corriente inversa hasta que el voltaje inverso del diodo alcanza un cierto nivel definido.

Simbolo de diodo

Un diodo emisor de luz (LED) produce luz cuando la corriente fluye a través de él en dirección hacia adelante. Un diodo Schottky está construido de manera que funciona de manera similar a un diodo simple, pero cambia más rápido y tiene una menor caída de voltaje directo.

Simbolo de diodo zener

Simbolo de diodo schottky

Los diodos se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "D" o "Z" (para los zeners). "LED" se utiliza a veces para los diodos emisores de luz.

Transistor

Los transistores son como interruptores eléctricos donde una tensión o corriente de polarización en un área enciende el flujo de corriente a través de los terminales principales.

Hay dos tipos fundamentales de transistores: transistores de unión bipolar (BJT) y transistores de efecto de campo (FET).

De manera simplista, los BJT son dispositivos controlados por corriente en los que una corriente que fluye dentro o fuera del pin de la base enciende una corriente más grande a través de los pines del colector y del emisor.

Símbolos BJT

Además, de manera simplista, los FET son dispositivos controlados por voltaje, donde un voltaje en el pin de la puerta enciende una corriente a través de los pines de drenaje y fuente. Hay una gran variedad de dibujos utilizados para los transistores, que indican diferentes cantidades de detalles de componentes internos.

Simbolos de fet

Los transistores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "Q". "M" se utiliza a veces para dispositivos MOSFET. "T" a veces se usa incorrectamente, y debe evitarse.

Para obtener información más detallada sobre BJT, FET, IGBT y más, consulte nuestro artículo específicamente sobre los símbolos esquemáticos de los transistores.

Resistores variables

Las resistencias variables, como potenciómetros y reóstatos, son resistencias que cambian la resistencia de acuerdo con los ajustes de un usuario. Las resistencias variables de dos terminales se muestran como una resistencia con una flecha cruzada, mientras que los potenciómetros (que tienen tres terminales) agregan una flecha que apunta al lado del símbolo de la resistencia.

Simbolo de reostato

Simbolo potenciometro

Los resistores dependientes del voltaje, o varistores, se parecen a un resistor variable, pero con una línea en lugar de una flecha.

Símbolo varistor

Las resistencias especiales se identifican con mayor frecuencia en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra “R”, aunque a veces se usa “VR” (para resistencias variables o potenciómetros) o “RV” (para varistores).

Circuito integrado

Los circuitos integrados son circuitos eléctricos completos creados en material semiconductor en un solo paquete. Los circuitos integrados son los procesadores, la memoria, los amplificadores operacionales y los reguladores de voltaje que parecen cuadrados o rectángulos montados en una placa de circuito impreso.

Los circuitos integrados se muestran como una caja o conjunto de cajas, con pines etiquetados para alimentación, entradas y salidas.

Los circuitos integrados se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "U" o, a veces, con las letras "IC".

Cristal / Oscilador / Resonador

Los tres proporcionan una salida de frecuencia constante y conocida cuando se activan en un circuito. Los cristales, osciladores y resonadores no son lo mismo, tienen diferentes características y requieren diferentes circuitos de soporte, pero sus propósitos fundamentales son similares.

Simbolo de cristal

Los cristales y los osciladores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "Y". "X" se usa ocasionalmente; Esta carta es también un resumen para los componentes que no se ajustan a otra categoría.

Puertas de lógica digital

Hay muchas puertas lógicas digitales, más de lo que se puede describir en detalle en este resumen. Para obtener una explicación completa de la lógica digital y los diferentes tipos de puertas lógicas, consulte la página del libro de texto AAC en Señales digitales y puertas.

Las compuertas lógicas se venden como circuitos integrados y, por lo tanto, se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra “U”, o algunas veces “IC”, al igual que otros circuitos integrados.

Amplificador operacional

Los amplificadores y comparadores operacionales tienen una variedad de funciones útiles en los circuitos, y se muestran como triángulos laterales en los esquemas, con una entrada (+) y una (-), y algunas veces pines de potencia y tierra.

Símbolo de amplificador operacional

Un circuito de amplificador operacional de suministro doble (izquierda) y una configuración de suministro único (derecha) con alimentación y pines a tierra indicados

Los amplificadores operacionales y los comparadores se identifican en esquemas con designadores de referencia (REFDES) que comienzan con la letra "U", o algunas veces "IC", al igual que otros circuitos integrados. Además, los amplificadores operacionales a veces usan un REFDES que comienza con "OP".

Conector / Encabezado

Los conectores y los encabezados están donde otros circuitos o cables están conectados al circuito descrito en el esquema. Hay una gran variedad de tipos y orientaciones de conectores, y también están representados en esquemas por una gran variedad de símbolos.

A veces, los símbolos esquemáticos son simples rectángulos, y a veces los símbolos esquemáticos son dibujos hechos para parecerse a los conectores físicos que representan.

Símbolos de conector

Los conectores y los encabezados se identifican con mayor frecuencia en los esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "J" o la letra "P".

Cambiar

Los interruptores se muestran generalmente con un símbolo esquemático que representa el tipo de interruptor y el número de polos / tiros y pasadores.

Cambiar simbolos

Los interruptores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con las letras "SW".

Batería

Las baterías se muestran con un símbolo esquemático que tiene una línea larga y una línea corta, que representan una célula de la batería. En la práctica, la mayoría de los símbolos esquemáticos de la batería se dibujan como dos celdas, independientemente de cuántas celdas contenga realmente la batería.

Símbolo de la batería

Las baterías se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra “B”.

Transformador

Los transformadores generalmente se muestran con un símbolo esquemático que representa simbólicamente cómo funciona un transformador. Se ve como dos bobinas inductoras paralelas con algo entre ellas, generalmente una línea o dos.

Los transformadores se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "T".

Fusible / PTC

Fusibles o PTCs (pagositivo ttemperatura doLos dispositivos de bajo rendimiento) son dispositivos de protección de circuitos que "soplan" (se queman) o aumentan dramáticamente la resistencia en el caso de que fluya demasiada corriente a través de ellos.

Los fusibles generalmente se muestran en esquemas con un símbolo que parece una letra lateral "S".

Símbolo de fusible

Los fusibles se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra "F".

Los PTC generalmente se muestran como una caja con una línea diagonal; El mismo símbolo se utiliza para los termistores PTC.

Símbolos de PTC

Los PTC se identifican en esquemas con un designador de referencia (REFDES) que comienza con la letra “R”, “VR” o “PTC”.

Símbolos no componentes

Hay otros símbolos en los esquemas que no representan componentes físicos. Algunos símbolos representan estructuras físicas que deben integrarse en la PCB, como los puntos de prueba o los orificios de montaje.

Símbolos de punto de prueba

Otros símbolos esquemáticos representan los rieles de potencia o tierra.

Símbolo de tierra

Aún otros símbolos esquemáticos se utilizan para la interconexión entre diferentes páginas del esquema, con etiquetas que identifican de qué red eléctrica forman parte.

Los símbolos no componentes a menudo no tienen designadores de referencia. Algunos tendrán designadores de referencia (REFDES) que comienzan con las letras "TP" (puntos de prueba), "MH" (orificios de montaje) o "X" (catch-all genérico para tipos no especificados).

Para obtener información más detallada sobre varios de los símbolos analizados en este artículo, consulte el tratamiento de Robert Keim de los símbolos esquemáticos para componentes pasivos.

Redes

En el lenguaje esquemático e impreso de la placa de circuito, las redes son las conexiones eléctricas cableadas a PCB. Las redes aparecen como líneas que conectan los pines de símbolos de componentes a otros pines o redes.

Es una buena práctica cuando se dibujan esquemas para etiquetar redes importantes de modo que puedan identificarse claramente cuando se presentan en un diseño de PCB. Si dos redes no se dibujan como conectadas pero tienen la misma etiqueta, serán tratadas como conectadas físicamente por el programa de captura de esquemas, de modo que cuando el diseño se exporte a una herramienta de diseño de PCB serán la misma red.

Imagen de un esquema con dos redes no dibujadas conectadas, pero etiquetadas igual que físicamente conectadas, en este caso "STEPM_R_EN"

Es una mejor práctica de captura esquemática utilizar símbolos especiales para mostrar las conexiones de red a otras páginas, o partes de la misma página, cuando no están dibujadas como conectadas. Estos son los símbolos de conexión intrapage (dentro de una página) o interpage (entre páginas).

Conectores interpage

Para facilitar la lectura, los buenos esquemas evitan la superposición de redes siempre que sea posible, pero esto no siempre es posible. Cuando se conectan dos redes, la mayoría de las herramientas de dibujo esquemático agregan un punto o círculo de conexión. La ausencia del punto de conexión significa que las dos redes no están conectadas, simplemente pasando una sobre otra. Las herramientas de dibujo esquemático más avanzadas muestran un salto de cable para que sea aún más claro que las dos redes no están conectadas.

Redes conectadas

Redes no conectadas (con salto de cable)

Salidas importantes: Netlist y BOM

Lista de redes

El resultado más importante de un esquema es el netlist. Este archivo, o conjunto de archivos, es la entrada principal al software de diseño de PCB, y los diseñadores de diseño lo utilizan para guiar la colocación y el enrutamiento de todos los circuitos en una placa.

Los formatos de la lista de red varían, pero generalmente especifican de forma bastante simple cada componente o símbolo en el esquema, y ​​cada conexión (red) entre ellos. Si ha nombrado sus redes en su esquema, esos nombres de redes aparecerán en la lista de redes como el punto de conexión entre las partes. Si no nombraste una red, la herramienta de salida de la lista de redes generará un nombre para ella.

Normalmente, una lista de redes contendrá varias tablas: una lista de las partes y sus nombres, una lista de los nombres de la red y sus conexiones, etc. Las listas de redes también se pueden usar para incluir información adicional necesaria para las simulaciones de circuitos de SPICE. Vea algunos ejemplos simples de resultados de netlist aquí.

BOM (Lista de materiales)

El otro resultado importante de un esquema es una lista de materiales o BOM. La salida de la lista de materiales es una hoja de cálculo o una base de datos que hace coincidir todos los REFDES del esquema con un componente físico y un número de pieza.

Hay una variedad de formatos para la salida de la lista de materiales, dependiendo de qué tan sofisticados sean su esquema y la base de datos de piezas, y qué tipo de salida desea. En el extremo más simple del espectro, puede tener una lista de designadores de referencia, cada uno con el número de parte del fabricante.

Captura de pantalla de una salida de OrCAD BOM.

Las listas de materiales más complejas incluirán los números de pieza internos de su empresa, las cantidades de una pieza utilizadas en múltiples lugares, los números de pieza de proveedores múltiples que se pueden usar para una pieza determinada, etc. La lista de materiales contiene la información necesaria para tomar un esquema y construirlo realmente. una asamblea.

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Hay mucho más en los esquemas que estas cosas clave. Industrias y carreras enteras se basan en el diseño esquemático y el ensamblaje de PCB. Pero entender estas cinco cosas te ayudará a comprender los fundamentos más importantes de los esquemas.

¿Está buscando un esquema y necesita ayuda con algo que no se trata en este artículo? ¡Cuéntanoslo en los comentarios y podremos preparar un artículo para ayudarte!