回路記号: 電気・電子図を理解するための鍵

ブログ / 回路記号: 電気・電子図を理解するための鍵

Oct 22, 2024

回路記号は、複雑な回路やコンポーネントを標準化された簡略化された方法で表現するために、電気および電子図に不可欠です。これらの記号は、エンジニア、電気技師、技術者がドキュメントなしで回路の機能を理解するために不可欠です。これらの記号が広く認識されているため、言語や地域を超えて一貫した解釈が保証され、教育やトレーニングに役立ちます。

回路図は、スイッチ、コンデンサ、抵抗器、バッテリーなどのさまざまなコンポーネントで構成され、ネットまたはトレイルで接続されています。各コンポーネントには、特定の特性を持つ固有のシンボルがあります。コンポーネントの動作を理解することは、効果的な回路設計と分析に不可欠です。抵抗器、コンデンサ、トランジスタの特性に関する知識があれば、エンジニアはコンポーネントの相互作用を予測し、望ましい結果を達成し、問題をトラブルシューティングすることができます。

回路記号はどのようにして回路図を形成するのでしょうか?

電子回路記号は、回路図の様々なコンポーネントを表す簡潔な図または絵文字です。このような図では、電気要素には通常、コンポーネントを接続するための 2 つ以上の端子があります。基本的な電気および電子記号には、接地電極、バッテリー、抵抗器などがあります。これらの記号を使用すると、最も複雑な回路でも表現しやすくなります。これらの基本的な記号があれば、誰でも電気図を描くことができます。たとえば、基本的な回路は、閉ループに接続されたバッテリー、スイッチ、電球で構成されています。

同じ回路を複数の形式で表現できますが、視覚的に表現する方が直感的です。ただし、コンポーネントの数が増えると、視覚的な複雑さも増します。回路の構築や PCB の設計を含むプロジェクトに着手する場合、電子記号を理解することが不可欠になります。回路図レイアウトは PCB 設計の最初のステップであり、その中の記号を理解しないと、このようなプロジェクトを進めることは困難です。

回路を記号と言葉で表現する

通常、何かを定義するには特定の言葉で十分ですが、回路図には独自の利点があります。回路図は、記号形式を利用することで説明が不要になります。回路を言葉で表すのは簡単なプロセスです。たとえば、上に示した回路は、「バッテリーがスイッチと電球に直列に接続されている」と説明できます。これは非常に理解しやすいですが、図が大きく複雑になると、回路図と記号を使用して表す必要があります。これにより、何が起こっているのかを回路ですばやく分析できます。つまり、電子記号は回路の理解を簡素化します。時間の節約になり、簡単になります。

回路記号の利点

シンボルの正確な意味は、点、線、文字、文字間隔、網掛け、数字によって表されます。回路とそれに対応するシンボルの意味を理解するには、さまざまなシンボルの基本構造に精通している必要があります。シンボルを使用する主な利点は次のとおりです。

生産時の混乱を軽減- 定義された電気記号のセットを使用することで、類似のコンポーネントにさまざまな記号を割り当てることができなくなります。

やり直しの削減- 標準化された単一の電気記号セットを開発して使用することで、不要で冗長な回路図のやり直しが排除されます。

電気的および機械的コミュニケーションの向上- 標準化された電気記号を使用すると、MCAD チームと ECAD チームのメンバー間の誤解が減ります。2D 記号と 3D モデル化された部品間の接続を使用すると、全員が同じ認識を持つことができます。

時間の節約- 標準化された電気記号は、やり直しや誤解による時間を節約するだけではありません。

シンボルデザインの背後にある物理学

記号は電気/電子部品を示すために使用されます。前述のように、部品の動作についての知識を持つことは非常に重要です。これが、さまざまな記号の設計コンセプトの出発点です。各記号には、実際の部品の背後にある基本的な物理を説明する機能があります。記号のデザインのほとんどは、さまざまな国内および国際標準に基づいています。例としては、IEC 標準、JIC 標準、ANSI 標準、IEEE 標準などがあります。電気記号は標準化されていますが、以前の伝統に応じてエンジニアリング分野ごとに異なる場合があります。

回路の物理を説明する例: 電気回路の記号の大半にはスイッチとバッテリーが含まれており、それらの記号を以下に示します。

スイッチ:上記のスイッチシンボルは、回路内の閉回路と開回路の接続を表しており、したがって、シンボルはそれに応じて普遍的に適応されています。

電球:電球には、熱せられて光を生み出す抵抗があります。この光源のシンボルには、抵抗光源からの光を表す十字マークが表示されています。

バッテリー:内部に極性を提供する化学電解質を持つセルで構成されたエネルギー源です。バッテリーシンボルのセルは、プラスとマイナスの極性が記された 2 本の不揃いな平行線で表されます。

ワイヤ: 2 つのデバイス間の接続導体であり、抵抗が非常に低いため、接続は直線で表されます。

他にも、コンポーネントの知識がなければ説明が簡単ではない複雑な記号がいくつかあります。

設計物理学に基づいた回路図記号のリスト

回路図は、電子回路で使用される記号を仮想的に表現するために使用されます。すべての回路は、さまざまな部品を表すために標準化された記号を使用します。基本的な電気デバイスを表すために、いくつかの電子回路記号が使用されています。回路で使用される各電気デバイスまたはコンポーネントには、受動コンポーネント (抵抗、コンデンサ、インダクタ)、能動コンポーネント (ダイオード、トランジスタ、アンプ、トランス)、測定デバイス、ロジックゲートなどの回路記号があります。以下は、設計物理学に基づいた最もよく使用される電子コンポーネント記号です。

受動部品:

ワイヤ:異なるコンポーネントを接続するために使用されるため、直線として表されます。交差する 2 本のワイヤは接続されていることも接続されていないこともあります。相互に接続されていない場合はクロスオーバーとして定義され、接続されている場合、クロスオーバーにはドットが表示されます。

スイッチ:スイッチシンボルは回路内の閉回路と開回路の接続を表すため、シンボルはそれに応じて普遍的に適応されます。

抵抗器:抵抗器は電流の経路の障害物であるため、ジグザグの形で描かれます。一方、可変抵抗器は特定の範囲で望ましい値を取ります。これは、シンボルの中央に矢印がある抵抗器として示されます。

コンデンサ:コンデンサは、電荷の形で電気エネルギーを貯蔵するために使用されます。コンデンサには電荷を貯蔵するためのプレートが 2 つ内蔵されているため、シンボルは一定の距離を隔てた 2 本の平行バーで表されます。可変コンデンサも抵抗器のように存在し、中央に矢印があります。コンデンサには極性/無極性タイプがあり、極性タイプには正と負の極性があり、無極性タイプには極性がありません。

インダクタ:インダクタも磁場の形でエネルギーを蓄える装置です。これは無極性装置であり、コイルのような構造をしているため、記号は次のように表されます。

アンテナ:アンテナは RF エレクトロニクスで最も一般的に使用されるデバイスで、受信機の最初のセクションです。アンテナは EM 波を放射/受信します。設計はアプリケーションによって異なりますが、シンボルは次のように表されます。

パワーシンボル:

接地:電気ネットワークの接地は、電圧レベルの共通基準点として機能し、電流の戻り経路を提供します。名前に従って採用されたシンボルは次のように表されます。

VDD:電気ネットワークの VDD は回路の正電源電圧を表し、多くの場合、接地基準 (GND) と組み合わせて使用されます。VDD と GND は、バッテリーに接続されているラベルの種類で、正 (VDD) と負 (GND) です。VDD のシンボルは次のように定義されます。

電流計と電圧計:電流計は電気ネットワークの電流を測定し、回路コンポーネントと直列に接続されます。電圧計はコンポーネント間の電圧を測定し、並列に接続されます。どちらのタイプのメーターも、本質的にはアナログであり、シンボルの可動コイルを備えています。

変圧器:電気ネットワーク内の変圧器は、電磁誘導によって回路間で電気エネルギーを転送します。変圧器はコアの周りの一次巻線と二次巻線で構成されているため、記号は次のように表されます。

アクティブアナログ/デジタルコンポーネント:

ダイオード:電気ネットワーク内のダイオードは、電流を一方向にのみ流す、一方向バルブとして機能します。整流、AC から DC への変換、逆電圧をブロックして回路を保護するために使用されます。ダイオードは PN 接合で構成された極性デバイスであり、記号は次のようになります。

バイポーラ接合トランジスタ (BJT):電子ネットワーク内のトランジスタは、電気信号のスイッチまたは増幅器として機能します。これは 3 端子デバイスであり、ベース端子に印加される電圧に基づいて、コレクタ端子とエミッタ端子間の電流の流れを制御します。これらには NPN (電流流出型) と PNP (電流流入型) の 2 つのタイプがあり、記号は電流流入/流出に応じて表されます。

MOSFET:これらは、BJT と同じ動作をする改良型トランジスタです。これは 3 端子デバイスで、ゲート端子に印加される電圧に基づいてドレイン端子とソース端子間の電流を制御します。MOSFET は金属酸化物半導体トランジスタとして知られています。金属酸化物は絶縁体材料で、ゲートをコンデンサのように見えるため、記号は次のようになります。

SCR:電子ネットワークの SCR (シリコン制御整流器) は、高電力を制御するために使用されるサイリスタの一種です。これはスイッチとして機能し、ゲート信号が適用されると電流が流れ、電流がしきい値を下回るまでオンのままになります。SCR は電力制御と整流に使用されます。動作は、ゲート端子をイネーブルピンとして持つダイオードと非常に似ているため、シンボルは次のようになります。

DIAC:電子ネットワーク内の DIAC (交流用ダイオード) は、ブレークオーバー電圧を超えた場合にのみ電流を流す双方向トリガーデバイスです。方向性があるため、シンボルは次のように表されます。

アンプ:電子ネットワーク内のアンプは、信号の電力、電圧、または電流を増加させます。オーディオ、ラジオ、通信システムには欠かせないもので、弱い信号を増幅して送信することができます。アンプにはさまざまな入力端子と出力端子がありますが、このユニットに付けられている標準記号は次のとおりです。

OPAMP:電子ネットワークの OPAMP (オペアンプ) は、差動入力を備えた多用途の高ゲイン電圧アンプです。信号処理、フィルタリング、および加算、減算、積分、微分などの数学演算に使用されます。また、マルチピンデバイスでもあり、そのシンボルは次のようになります。

バッファ:電子ネットワークのバッファは、回路のさまざまな段階を分離し、負荷効果を防ぐため、複雑な回路で信号の整合性を維持するために不可欠です。これはゲイン 1 の増幅器と考えることができるため、入力信号は損失なく出力されます。バッファの記号は次のとおりです。

論理ゲート:

ロジックゲートは、デジタルエレクトロニクスの基本的な構成要素であり、回路設計やデジタルコンピューティングに不可欠な基本的な論理機能を実行します。バイナリ入力を処理し、論理演算に基づいてバイナリ出力を生成します。

論理ゲートの種類:

● ANDゲート：すべての入力が真の場合にのみ真（1）を出力します。

● OR ゲート: 少なくとも 1 つの入力が true の場合に true を出力します。

● NOT ゲート: 入力を反転し、入力が false の場合は true を出力します。

● NAND ゲート: すべての入力が true の場合にのみ false を出力し、それ以外の場合は true を出力します。

● NOR ゲート: すべての入力が false の場合にのみ true を出力します。

● XOR ゲート: 入力の奇数が true の場合に true を出力します。

これらのゲートは、複雑な論理演算を実行するためにさまざまな組み合わせで使用され、コンピューターやその他の電子機器を含むデジタル回路に不可欠です。

ここにドキュメントファイルがあります。ダウンロードして確認すると、広く使用されている他の回路図シンボルについて詳しく知ることができます。

リンク：

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

カスタム PCB 設計用のシンボルを作成する方法

回路設計をプリント回路基板 (PCB) に転送するには、複数のステップを踏む必要があります。まず、適切な PCB 設計ソフトウェアを使用して回路図を作成します。回路図とは、前述のようにワイヤで相互に接続されたさまざまなシンボルを含む回路図に他なりません。次に、同じソフトウェアを使用して、この回路図を PCB レイアウトに変換します。レイアウトは、実際の PCB 上のコンポーネントの配置とルーティングを記述します。カスタムシンボルを設計するには、回路図とレイアウト設計の前に、部品シンボルファイルを生成する必要があります。部品シンボルは、コンポーネントに関するすべての電子情報と幾何学的情報を含む一連のファイルです。

PCB 設計エディターで独自のシンボルを作成する詳細な手順は次のとおりです。

私は EastEDA を使用していますが、ほとんどの設計ソフトウェアでは手順は同じです。以下の手順に従ってください。

ステップ 1: EasyEDA にログインし、シンボルデザインウィンドウを開くには、上部のメニューから[ファイル] -> [新規] -> [シンボル]に移動します。新しい空白の回路図描画ウィンドウが開きます。次の手順に進む前に、ハードディスクに保存します。シンボルを作成する部品に対応する名前を付けることをお勧めします。

ステップ 2:データシートを開き、このウィンドウで設計するコンポーネントのピン情報を確認します。以下は NE555 タイマー IC の例です。

ステップ 3: EasyEDA には、選択して作業できる定義済みの組み込みシンボルがいくつかあるシンボルウィザードが用意されています。それぞれのシンボルを選択し、データシートに記載されている名前に従ってすべてのピンに名前を付けるだけです。これは自動シンボルジェネレーターです。手動で行う場合は、次の手順に従ってください。

ピン情報は以下から編集できます:

ステップ 4:シンボルを手動で設計するには、描画メニューのユーティリティを使用して、部品の上面図のアウトラインを描画します。ほとんどの電子チップは長方形ですが、基本的に任意の形状を描画できます。部品の実際の形状とサイズは、後で作成されるレイアウトシンボルに対してのみ重要です。

ステップ 5: コンポーネントのデータシートでピン割り当ての図を開きます。この図には、コンポーネントの周囲にコンポーネントのピンが示され、各ピンの横に名前が付けられています。左側のメニューバーで通常使用できるピン描画ユーティリティを使用して、前に描画したコンポーネントのアウトラインの角に最初のピンを描画します。すべてのコンポーネントピンに対してこのプロセスを繰り返します。コンポーネントのデータシートに記載されているピン割り当てを再現することをお勧めします。

ステップ 6:最初のピンをダブルクリックします。ピンの詳細を示すダイアログが開きます。コンポーネントのデータシートに表示されている名前 (VCC など) を入力します。すべてのピンに対してこれを繰り返します。

ステップ 7: その他のピンの詳細をすべて変更します。

ステップ 8:必要な詳細をすべて入力し、ファイルを保存します。PCB コンポーネントシンボルが作成されました。

ステップ 9:コンポーネントライブラリを参照し、先ほど保存したレイアウトシンボルをダブルクリックします。これにより、レイアウトビューでシンボルが開きます。

結論

回路記号は、電気回路や電子回路の理解、設計、トラブルシューティングに不可欠なツールです。標準化された記号を使用することで、エンジニアや技術者は正確なコミュニケーションを確保し、エラーを減らし、設計プロセスを効率化できます。回路記号の重要性と使用法を理解することで、専門家は電気システムや電子システムを効果的に操作し、管理できるようになります。