Schaltsymbole werden häufig in Schaltplänen elektrischer und elektronischer Schaltungen verwendet und zeigen den Aufbau eines Schaltkreises. Schaltsymbole sind grundlegende Komponenten für den Aufbau und die Gestaltung elektrischer und elektronischer Schaltungen. Die bildliche Darstellung verschiedener elektrischer Komponenten in einem Schaltkreis oder Diagramm wird als Schaltsymbol bezeichnet. Ein Schaltplan besteht aus vielen Schaltsymbolen wie Widerständen, Kondensatoren, Induktivitäten, Transistoren, Dioden, Batterien, Schaltern usw. Jedes Schaltsymbol hat seine eigene Eigenschaft und seinen eigenen Wert. 

Dieser Artikel hilft Ihnen, die am häufigsten verwendeten Schaltkreissymbole zum Analysieren und Entwerfen von Schaltkreisschemata zu lesen, zu lernen und zu verstehen.

2. Allgemeine elektrische Symbole in Schaltplänen

i. Schaltkreissymbole für elektrische Stromquellen

Akku:

Eine Batterie ist ein elektrisches Bauteil, das an seinen Anschlüssen eine konstante elektrische Potentialdifferenz (eine feste Spannung) bereitstellt. Sie besteht aus elektrochemischen Zellen, die chemische Energie problemlos in elektrische Energie umwandeln können. Sie ist ein zentraler Bestandteil eines Stromkreises. Batterien bestehen aus drei Hauptbestandteilen: Elektrolyt, Kathode und Anode.

Gleichspannungsquelle

In jedem elektrischen Energiesystem gibt es zwei Kategorien von Stromquellen: Gleich- und Wechselspannungsquellen. Gleichspannung bedeutet Gleichstrom. Sie bezeichnet eine Spannungsquelle mit konstanter Polarität, die Gleichstrom (DC) liefert. Normalerweise wird die Gleichspannungsquelle oder der Gleichstrom von Batterien gespeist. Manchmal können Brennstoffzellen und Solarzellen für denselben Zweck eingesetzt werden.

Wechselspannungsquelle

Wechselspannungsquelle bezeichnet eine Wechselstromquelle. Die Höhe der Wechselspannung schwankt, und die Leistung bleibt nicht immer konstant. Die Spannungs- oder Leistungsschwankungen werden durch an eine Wechselspannungsquelle angeschlossene elektrische Geräte verursacht. Das Schaltsymbol für eine Wechselspannungsquelle in einem Schaltplan lautet wie folgt.

Boden:

Die Erdung in Stromkreisen schützt Ihre elektronischen Geräte und Schaltkreise vor Kurzschlüssen, Störungen oder elektrischen Überlastungen. Sie bietet einen niederohmigen Weg für hohe Fehlerströme zur Erde und schützt so Ihr Stromnetz oder Ihre Geräte. Ohne Erdung wird der Stromkreis oder das System beschädigt. Das gängige elektrische Symbol für Erdung lautet wie folgt.

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ii. Passive elektrische Symbole

Widerstand:

Ein Widerstand ist ein passives Element in einem Stromkreis, das den Stromfluss in einem elektrischen oder elektronischen Schaltkreis reguliert. Ein Widerstand verbraucht Strom. Deshalb wird er als passives elektrisches Bauteil bezeichnet. Das gebräuchlichste Schaltsymbol für einen Widerstand ist eine Zickzacklinie wie folgt.

 Kondensatoren:

Kondensatoren sind passive elektrische Bauteile, die aus zwei oder mehr Platten aus leitfähigem Material bestehen, die durch ein Dielektrikum (einen Isolator) getrennt sind. Der Zweck eines Kondensators in elektrischen Schaltplänen besteht darin, Energie in Form elektrischer Ladungen zu speichern, die eine Potentialdifferenz zwischen seinen Platten erzeugen. Kondensatoren werden auch häufig in der Herstellung und Montage von Leiterplatten eingesetzt. Die Kapazität eines Kondensators wird mit L bezeichnet. Das gebräuchlichste Schaltsymbol für Kondensatoren ist.

Induktivitäten:

Eine Induktivität ist ein passives elektrisches Bauteil mit zwei Anschlüssen, das plötzlichen Stromänderungen widersteht. Sie wird auch als Drossel oder Spule bezeichnet. Eine Induktivität speichert Energie in Form eines elektromagnetischen Feldes. Oberflächenmontierte Induktivitäten (SM) werden auf Pads auf der Oberseite der Leiterplatte montiert, während bedrahtete Induktivitäten (TH) auf der Oberseite der Leiterplatte platziert werden und die Anschlüsse durch Durchgangslöcher in der Leiterplatte führen. Das grundlegende Schaltsymbol einer Induktivität ist wie folgt dargestellt.

iii. Schalter, Relais und Transformatoren

Schalter:

In einem Schaltplan ist ein Schalter ein Bauteil, das einen Stromkreis öffnet oder schließt. Das Öffnen des Stromkreises bedeutet, ihn vom Stromnetz zu trennen, während das Schließen des Stromkreises den Stromfluss ermöglicht und den Stromkreis mit der Stromversorgung verbindet. Es gibt viele Arten von Schaltern, z. B. Einpolige Ein-/Ausschalter (SPST), Einpolige Umschalter (Double-Pole-Ein-/Ausschalter), Zweipolige Ein-/Ausschalter (DPST) und Zweipolige Umschalter (DPDT).

Schaltsymbol für Relais und Transformatoren:

In elektrischen Energiesystemen ist ein Transformator ein passives Gerät, das elektrische Energie durch elektromagnetische Induktion überträgt. Die Grundfunktion eines Transformators besteht darin, die Spannung zu erhöhen oder zu verringern. Ein Transformator kann einphasig oder dreiphasig sein. Er wird in einem Stromkreis oder Energiesystem wie folgt dargestellt:

Relais In elektrischen Schaltkreisen handelt es sich um Schalter, die Stromkreise elektronisch oder elektromechanisch öffnen oder schließen. Ein Relais arbeitet automatisch, wenn es Signale von externen Quellen empfängt. Relais werden häufig in industriellen Automatisierungssystemen, Haushaltsgeräten, HLK-Systemen usw. eingesetzt. Ein gängiges Schaltsymbol für ein Relais in einem Schaltplan lautet:

3. Allgemeine Symbole für elektronische Schaltkreise  

i. Dioden und Transistoren (Symbole der aktiven Elektronik)

Diode, Zenerdiode, LED:

Eine Diode ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Anschlüssen, das als Einwegschalter für Strom fungiert. Es besteht typischerweise aus Silizium und lässt Strom in eine Richtung durch. Wird eine Diode als Gleichrichter verwendet, wandelt sie Wechselspannung in Gleichspannung um. Das gängige Schaltsymbol für eine Diode lautet:

Eine Zenerdiode ist ein spezieller Diodentyp, der Strom in Sperrrichtung durchlässt, wenn eine bestimmte Spannung (Schwellenspannung) überschritten wird. Der Prozess der Rückwärtsleitung von Strom einer Zenerdiode wird als Zener-Effekt bezeichnet. Das Schaltsymbol für die Zenerdiode lautet:

Eine Leuchtdiode (LED)) ist ebenfalls ein Halbleiterbauelement, das bei Stromfluss Licht emittiert. Dieser Vorgang der LED wird Elektrolumineszenz genannt. Sie finden breite Anwendung.

Bipolarer Sperrschichttransistor (BJT):

Ein Bipolartransistor (BJT) ist ein stromgesteuertes Halbleiterbauelement. Er besteht aus zwei PN-Übergängen, die die drei Anschlüsse Emitter, Basis und Kollektor verbinden. Die Anordnung dieser drei Schichten unterscheidet die beiden Haupttypen von BJTs: NPN und PNP.

Das NPN-Transistor besteht aus zwei n-Typ-Halbleitern, die durch eine dünne p-Typ-Schicht getrennt sind.

Während PNP-Transistoren bestehen aus zwei p-Typ-Halbleitern, die durch eine dünne n-Typ-Schicht getrennt sind.

MOSFET:

Der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist ein Feldeffekttransistor mit MOS-Struktur. Er ist ein Dreipolbauelement mit Gate- (G), Source- (S) und Drain-Anschlüssen (D). MOSFETs werden grundsätzlich als Schalter, spannungsgesteuertes Strombauelement oder als Verstärker eingesetzt. Es gibt zwei Haupttypen von MOSFETs: N-Kanal und P-Kanal.

ii. Integrierte Schaltkreise und Mikrocontroller

Operationsverstärker (Op-Amp):

Ein Operationsverstärker ist eine integrierte Schaltung, die schwache Signale oder Spannungsunterschiede zwischen zwei Eingängen verstärken kann. Operationsverstärker verstärken sowohl Gleich- als auch Wechselstromsignale.

Logikgatter:

Ein Logikgatter dient zur Durchführung logischer Operationen. Es gibt Eingaben ein und gibt je nach Gattertyp und Eingabe 0 oder 1 aus. Die Funktionsweise von Logikgattern basiert auf Mathematik oder Boolescher Algebra. Einige der wichtigsten Schaltkreissymbole für Logikgatter sind die folgenden.

Mikrocontroller:

Ein Mikrocontroller ist ein integrierter Schaltkreis (IC) mit den Funktionen einer zentralen Verarbeitungseinheit, die von 4-Bit- bis zu 32- oder 64-Bit-Prozessoren reicht. Mikrocontroller werden in industriellen Steuerungssystemen, Elektronik, IoT-Geräten usw. eingesetzt.

4. Lesen und Verstehen von Schaltkreissymbolen und Schaltplänen

Das Verständnis der Schaltkreissymbole ist wichtig für die Darstellung elektrischer und elektronischer Schaltpläne. Diese Symbole helfen Elektroingenieuren, Leiterplattendesignern, Herstellern elektronischer Geräte und Technikern, Schaltkreise einfach zu analysieren und zu entwerfen. Schaltkreissymbole und Diagramme lassen sich wie folgt verstehen:

1. Identifizieren Sie die Stromquelle, die entweder Wechselstrom oder Gleichstrom sein kann.
2. Identifizieren Sie den Stromfluss, d. h. die positiven und negativen Anschlüsse des Stromkreises.
3. Suchen Sie nach grundlegenden Schaltungskomponenten, d. h. Widerständen, Kondensatoren und Induktoren.
4. Verstehen Sie die Schaltungsverbindung, die entweder in Reihe oder parallel sein kann.
5. Suchen Sie nach Komponentenwerten, z. B. 10 kΩ Widerstand, 100 µF Kondensator, 50 µH usw.
6. Identifizieren Sie die Steuersignale, Rückkopplungspfade oder den Datenfluss im Schaltplan.

6. Verwendung von Schaltkreissymbolen in realen Projekten

Sie können Schaltkreissymbole in Ihrem realen Projekt verwenden, indem Sie den Schaltplan erklären und die Schaltkreiskomponenten identifizieren. Anschließend montieren Sie die Schaltkreiskomponenten anhand ihrer Werte und Spezifikationen. Bauen, analysieren und testen Sie Ihre elektrische oder elektronische Schaltung auf einem Steckbrett mithilfe von Schaltkreisverbindungen.

Nach der Überprüfung verwenden Sie eine PCB-Design-Software, um Ihre Schaltung in ein Leiterplattenlayout umzuwandeln und so das korrekte Routing und die korrekte Platzierung der Komponenten sicherzustellen. Für Ihr professionelles PCB-Projekt: Wonderful PCB kann Ihnen dabei helfen, Ihre Schaltpläne in eine hochwertige Leiterplatte umzuwandeln.

Fazit

Schaltkreissymbole sind wichtig für das Verständnis, den Entwurf und die Fehlersuche in Schaltplänen. Schaltkreissymbole in Schaltplänen helfen Elektroingenieuren, Leiterplatten-Designerund Elektronikhersteller, um das Schaltungsverhalten zu analysieren und das elektrische Stromversorgungssystem oder elektronische Gerät zu entwerfen. Durch das Verständnis der Schaltkreissymbole können Sie Ihre elektrischen und elektronischen Systeme effektiv bedienen und verwalten. Wonderful PCB schlägt die genauen Schaltkreissymbole für Ihr Elektronikprojekt und Ihren Leiterplattenentwurf vor.