電路符號：理解電氣與電子圖表的關鍵

電路符號在電氣和電子圖表中至關重要，它以標準化和簡化的方式表示複雜的電路和元件。這些符號對於工程師、電工和技術人員在沒有文件說明的情況下理解電路功能至關重要。這些符號的全球認可確保了跨語言和地區的一致解讀，有助於教育與培訓。

電路圖由開關、電容器、電阻器、電池等各種元件組成，並透過網路或走線連接。每個元件都有具有特定特性的獨特符號。理解元件操作對於有效的電路設計和分析至關重要。了解電阻器、電容器和電晶體的屬性使工程師能夠預測元件互動、達成預期結果並進行故障排除。

電路符號如何構成電路圖？

電子電路符號是簡潔的繪圖或象形圖，用於描繪電路示意圖中的各種元件。在此類圖表中，電氣元件通常具有兩個或多個端子用於連接元件。基本的電氣和電子符號包括接地電極、電池和電阻器。這些符號有助於表示即使是最複雜的電路。有了這些基本符號，任何人都可以畫出電氣圖。例如，一個基本電路由電池、開關和燈泡以閉環串聯組成。

儘管同一個電路可以以多種格式呈現，但視覺表示更為直觀。然而，隨著元件數量的增加，視覺複雜度也會隨之提高。當開始一個涉及構建電路或設計印刷電路板的專案時，理解電子符號變得至關重要。示意圖佈局是印刷電路板設計的第一步，如果不理解其中的符號，就很難在此類專案中取得進展  。

使用符號與文字表示電路

通常，用特定的文字來定義事物就足夠了，但電路圖有其自身的優勢。利用符號格式，電路圖變得自解釋。用文字表示電路是一個簡單的過程。例如，上述電路可以解釋為「電池與開關和燈泡以串聯方式連接」。這很容易理解，但是當圖表變得更大、更複雜時，就必須使用電路圖和符號來表示它們。這使人們能夠快速分析電路，了解正在發生什麼。簡而言之，電子符號簡化了我們對電路的理解，節省了我們的時間並使其變得容易。

電路符號的優點

符號的精確含義是透過包含點、線、字母、字母間距、陰影和數字來提供的。必須熟悉各種符號的基本結構，才能理解電路及其對應的符號含義。以下是使用符號的一些主要優點：

減少生產中的混淆 - 透過使用一組定義好的電氣符號，不可能為相似的元件分配不同的符號。

減少重工 - 透過開發和使用單一、標準化的電氣符號集，消除了不必要和多餘的示意圖重工。

增進電氣與機械溝通 - 使用標準化的電氣符號減少了 MCAD 和 ECAD 團隊成員之間誤解的發生。使用 2D 符號和 3D 建模零件之間的連接使每個人都能保持一致。

節省時間 - 標準化的電氣符號不僅節省了重工和誤解的時間。

符號設計背後的物理原理

符號用於指示電氣/電子元件。如上所述，了解元件如何運作非常重要，這是不同符號設計概念的起點。每個符號都有能力解釋實際元件背後的基本物理原理。大多數符號設計基於不同的國家和國際標準。實例包括 IEC 標準、JIC 標準、ANSI 標準、IEEE 標準等。儘管電氣符號是標準化的，但根據過去的傳統，它們可能因工程學科和工程領域而異。

解釋電路物理的範例：大多數電路符號包括開關和電池，它們的符號如下所示：

開關：上述開關符號表示電路中的閉合和開路連接，因此該符號根據此情況被普遍採用。

燈泡：燈泡具有一些電阻，加熱後會發光。這裡在光源處，符號顯示一個十字標記，表示來自電阻性光源的光。

電池：它是由電池組成的能源，內部有化學電解質，提供極性。電池符號中的電池單元由兩條不等長的平行線表示，並標有正負極性。

導線：它只是兩個設備之間的連接導體，電阻非常低，因此為了連接，它僅用一條直線表示。

還有一些其他更複雜的符號，如果沒有元件知識就不容易解釋。

具有設計物理原理的電路圖符號列表

電路圖用於虛擬地描繪電子電路中使用的符號。每個電路都使用標準化符號來表示各種零件。為了表示基本電氣設備，使用了幾種電子電路符號。每個用於電路中的電氣設備或元件都有一個電路符號，例如被動元件（電阻器、電容器和電感器）、主動元件（二極體、電晶體、放大器和變壓器）、測量設備和邏輯閘。以下是最常用的電子元件符號及其背後的設計物理原理：

被動元件：

導線：這些用於連接不同的元件，因此表示為直線。兩條交叉的導線可能相連也可能不相連，如果不相連則定義為跨接，如果有連接則在交叉點有一個點。

開關：開關符號表示電路中的閉合和開路連接，因此該符號根據此情況被普遍採用。

電阻器：電阻器是電流路徑中的障礙物，因此繪製成鋸齒形狀。另一方面，可變電阻器在特定範圍內取一個期望值，根據符號顯示為中間帶有箭頭的電阻器。

電容器：電容器用於以電荷形式儲存電能。電容器內部有兩個用於儲存電荷的極板，因此符號表示為兩條由一定距離分隔的平行桿。像電阻器一樣，也存在可變電容器，中間有一個箭頭。電容器可以是極性/非極性類型，極性電容器有正負極性，非極性則沒有任何極性。

電感器：電感器也是以其磁場形式存在的能量儲存裝置。它是一個非極性裝置，具有線圈狀結構，因此符號表示為：

天線：天線是射頻電子設備中最常用的裝置，它是接收器的第一級。天線發射/接收電磁波，設計可能根據應用而有所不同，但符號給定為：

電源符號：

電池：它是由電池組成的能源，內部有化學電解質，提供極性。電池符號中的電池單元由兩條不等長的平行線表示，並標有正負極性。

接地：電氣網路中的接地作為電壓準位的共同參考點，為電流提供回流路徑。該符號根據名稱採用並表示為：

VDD：電氣網路中的 VDD 表示電路的正電源電壓，通常與接地參考點 (GND) 結合使用。VDD 和 GND 是連接到電池的標籤類型，正極 (VDD) 和負極 (GND)。VDD 的符號規定為：

安培計和伏特計：安培計測量電氣網路中的電流，並與電路元件串聯連接。伏特計測量元件兩端的電壓，並並聯連接。兩種類型的儀表傳統上是類比的，具有動圈，符號採用為：

變壓器：電氣網路中的變壓器透過電磁感應在電路之間傳輸電能。它由圍繞鐵心的初級和次級繞組組成，因此符號表示為：

主動類比/數位元件：

二極體：電氣網路中的二極體只允許電流單向流動，充當單向閥。它們用於整流，將交流電轉換為直流電，並透過阻擋反向電壓來保護電路。二極體是由 PN 接面構成的極性裝置，符號給定為：

雙極性接面電晶體 (BJT)：電子網路中的電晶體充當電訊號的開關或放大器。它是一個 3 端子裝置，根據施加到其基極端子的電壓來控制其集極和射極端子之間的電流流動。這些有兩種類型：NPN（電流流出型）和 PNP（電流流入型），符號根據電流流入/流出表示為：

MOSFET：這些是改良型電晶體，具有與 BJT 相同的操作。它是一個 3 端子裝置，根據施加到其閘極端子的電壓來控制其汲極和源極端子之間的電流流動。MOSFET 被稱為金屬氧化物半導體電晶體，金屬氧化物是絕緣材料，使閘極看起來像一個電容器，因此符號給定為：

SCR：電子網路中的 SCR（矽控整流器）是一種用於控制高功率的閘流體。它充當一個開關，當施加閘極訊號時允許電流流動，並保持導通直到電流低於臨界值。SCR 用於功率控制和整流。其行為與具有閘極端子作為致能引腳的二極體非常相似，因此符號給定為：

DIAC：電子網路中的 DIAC（交流二極體）是一種雙向觸發裝置，僅在其轉折電壓超過後才導通電流。由於其雙向能力，符號給定為：

放大器：電子網路中的放大器增加訊號的功率、電壓或電流。它們在音訊、無線電和通訊系統中必不可少，使弱訊號能夠被增強以進行傳輸。放大器可能具有不同的輸入和輸出端子，為此單元指定的標準符號是：

運算放大器 (OPAMP)：電子網路中的 OPAMP（運算放大器）是一種具有差動輸入的多功能、高增益電壓放大器。它用於訊號處理、濾波以及數學運算，如加法、減法、積分和微分。它也是一個多引腳裝置，其符號被採用為：

緩衝器：電子網路中的緩衝器隔離電路的不同級，防止負載效應，使其在複雜電路中對於維持訊號完整性至關重要。它可以被視為增益為 1 的放大器，因此輸入訊號會無損地出現在輸出端。緩衝器的符號被採用為：

邏輯閘：

邏輯閘是數位電子學的基本構建模組，執行基本的邏輯功能，對於電路設計和數位計算至關重要。它們對二進位輸入進行操作，並根據邏輯運算產生二進位輸出。

邏輯閘的類型：

*   AND 閘：僅當所有輸入為真 (1) 時，輸出才為真。

*   OR 閘：如果至少一個輸入為真，則輸出為真。

*   NOT 閘：反轉輸入；如果輸入為假，則輸出為真。

*   NAND 閘：僅當所有輸入為真時輸出為假；否則為真。

*   NOR 閘：僅當所有輸入為假時輸出為真。

*   XOR 閘：如果奇數個輸入為真，則輸出為真。

這些閘以各種組合方式使用，以執行複雜的邏輯操作，並且是數位電路（包括電腦和其他電子設備）不可或缺的部分。

這裡有一個文件檔案，您可以下載並查看以了解更多其他廣泛使用的示意圖符號。

連結：https://drive.google.com/file/d/1Ik6cuXN9-NXWe9lgpPLLt3YDHzpbGIUE/view?usp=sharing

如何為自訂 PCB 設計建立符號

將電路設計轉移到印刷電路板或 PCB 是一個多步驟的過程。首先，使用合適的 PCB 設計軟體建立電路的示意圖。示意圖無非就是包含不同符號的電路圖，這些符號如上所述透過導線相互連接。然後使用相同的軟體將此示意圖轉換為 PCB 佈局。佈局描述了實際 PCB 上元件的放置和佈線。為了設計自訂符號，必須在示意圖和佈局設計之前產生一個零件符號檔案。零件符號簡單來說就是一組包含有關元件的所有電子和幾何資訊的檔案。

以下是在 PCB 設計編輯器中製作自己的符號的詳細步驟：

我使用的是 EasyEDA，在大多數設計軟體中過程保持不變。請遵循以下說明。

步驟 1： 登入 EasyEDA，要開啟符號設計視窗，從頂部選單導航至 檔案 -> 新增 -> 符號。一個新的空白示意圖繪圖視窗將開啟。在繼續下一步之前將其儲存在硬碟上。給檔案一個與您要建立符號的零件相對應的名稱是一個好習慣。

步驟 2： 開啟資料手冊，並在此視窗中查看您要設計的元件的引腳資訊。這裡以 NE555 計時器 IC 為例。

步驟 3： EasyEDA 提供了一個符號精靈，其中有一些預先定義的內建符號可供選擇和使用，只需選擇相應的符號並根據資料手冊中的名稱為所有引腳命名。這是一個自動符號生成器，如果您想手動操作，請遵循後續步驟。

可以從以下位置編輯引腳資訊：

步驟 4： 要手動設計符號，請使用繪圖選單中的工具，繪製零件頂視圖的輪廓。儘管大多數電子晶片是矩形的，但您基本上可以繪製任何形狀。零件的實際形狀和尺寸僅對稍後將建立的佈局符號重要。

步驟 5： 開啟元件資料手冊上的引腳分配圖。該圖顯示了元件周邊的元件引腳，並在每個引腳旁邊標有名稱。使用通常位於左側選單欄上的引腳繪圖工具，在您之前繪製的元件輪廓的角落處繪製第一個引腳。對所有元件引腳重複此過程。一個好的做法是嘗試複製元件資料手冊中給出的引腳分配。

步驟 6： 雙擊第一個引腳。將開啟一個包含引腳詳細資訊的對話方塊。輸入其在元件資料手冊上顯示的名稱，例如 VCC。對所有引腳重複此操作。

步驟 8： 修改所有其他引腳詳細資訊：

步驟 9： 輸入所有必需的詳細資訊並儲存檔案。您的 PCB 元件符號已建立。

步驟 10： 瀏覽元件庫，然後雙擊您先前儲存的佈局符號。這將在佈局視圖中開啟該符號。

結論

電路符號是理解、設計和故障排除電氣與電子電路的重要工具。透過使用標準化符號，工程師和技術人員可以確保準確的溝通，減少錯誤，並簡化設計過程。了解電路符號的重要性和用法使專業人員能夠有效地管理和處理電氣與電子系統。