Что такое обозначения электрических компонентов и почему они важны?

Откройте любое промышленное оборудование, любой пульт управления, любую систему автоматизации — и вы увидите принципиальную схему. Не фотографию. Не 3D-рендеринг. Просто линии, фигуры и подписи, расположенные на странице.

Эти фигуры — символы электрических компонентов: стандартизированные графические обозначения, которые описывают функцию каждой части схемы без единого слова пояснения. Резистор изображается в виде прямоугольника — или зигзага, в зависимости от того, в какой части мира вы находитесь. Диод — это треугольник, направленный к горизонтальной полосе. Подключение к земле обозначается тремя сужающимися горизонтальными линиями.

Причина существования этой системы носит практический, а не академический характер. Инженер-проектировщик из Штутгарта может составить схему, которую технический специалист по техническому обслуживанию из Джакарты сможет прочитать и понять. Сотрудник отдела закупок из Дубая, глядя на тот же чертеж, сможет точно определить, какие компоненты необходимо заказать, — и всё это без необходимости обращаться к проектировщику. Электрические символы — это универсальный язык электротехники и электроники, который регулируется двумя основными международными стандартами: Международная электротехническая комиссия 60617 (используется в Европе, Азии и в большинстве стран мира) и IEEE 315 / ANSI Y32.2 (североамериканский стандарт).

В данном руководстве рассматриваются оба аспекта. Однако оно выходит за рамки обычной таблицы символов. Даже после того как вы определите, что означает тот или иной символ, вам по-прежнему необходимо знать, какие технические характеристики имеют значение при покупке данного компонента, а также как правильно донести эти характеристики до поставщика, чтобы получить точный расчет стоимости. Именно в этом пробеле между “Я знаю, что означает этот символ” и “Я знаю, как заказать нужную деталь” и возникают ошибки, которые обходятся вам временем и деньгами. Мы устраним этот пробел.

Краткий справочник: 20 наиболее распространённых символов электрических компонентов

Прежде чем углубляться в стандарты и подробные разбивки, предлагаем вам краткий справочник символов, с которыми вы будете сталкиваться чаще всего. Используйте его в качестве памятки при чтении незнакомого чертежа. Все символы обозначены буквой-обозначением, которая служит связующим звеном с спецификацией.

Каждый обозначитель референции (Ref) соответствует стандартам IEEE 200-1975 / ASME Y14.44 — сопоставьте буквенный код на вашем чертеже с соответствующей строкой в спецификации, чтобы получить точный артикул производителя.

Каждый обозначитель референции (Ref) соответствует стандартам IEEE 200-1975 / ASME Y14.44 — сопоставьте буквенный код на вашем чертеже с соответствующей строкой в спецификации, чтобы получить точный артикул производителя.

IEC и ANSI: два стандарта, которые должен знать каждый покупатель компонентов

Если вам когда-нибудь приходилось сравнивать две разные электрические схемы и задаваться вопросом, почему резистор на одном чертеже изображен в виде прямоугольника, а на другом — в виде зигзагообразной линии, то вы столкнулись с самым важным различием в электротехнической символике: различием между стандартами IEC и ANSI.

Сайт Международная электротехническая комиссия 60617 Стандарт, разработанный Международной электротехнической комиссией, определяет около 1 900 графических символов. Он является стандартным в Европе, Азии, на Ближнем Востоке и на большинстве развивающихся рынков, включая Россию и страны СНГ, Юго-Восточную Азию и Южную Америку. Символы МЭК отличаются лаконичной геометрической абстракцией: резисторы представляют собой простые прямоугольники, индукторы — заштрихованные полосы, а логические элементы — простые прямоугольники с обозначениями функций.

Сайт ANSI/IEEE 315 Стандарт (также опубликованный как ANSI Y32.2) преобладает в Северной Америке и в устаревшем оборудовании американской разработки. Его символы носят более наглядный характер — резисторы изображаются в виде зигзагообразных линий, индукторы — в виде петлеобразных катушек, а логические элементы — в виде характерных изогнутых фигур. Японский JIS Этот стандарт в значительной степени соответствует соглашениям МЭК. Более новый стандарт, IPC-2612-1, устанавливает правила создания масштабируемых символов для современных компонентов высокой плотности и дополняет оба устаревших стандарта.

Одно правило, позволяющее избежать дорогостоящих ошибок: Никогда не смешивайте символы стандартов IEC и ANSI на одной схеме. Если вы получили чертеж, сначала проверьте титульный блок или легенду, чтобы убедиться, какой стандарт используется. Компонент, обозначенный в соответствии с конвенциями IEC, может выглядеть совершенно иначе в стандарте ANSI — и наоборот. При подборе компонентов для международных клиентов знание того, какой стандарт используется в чертеже, позволяет определить, для каких рынков изначально было разработано оборудование, и, следовательно, какие требования к сертификации следует ожидать.

Символы источника питания и заземления — отправная точка любой схемы

Каждая электрическая цепь начинается с источника питания и заканчивается заземлением. Эти символы — первое, на что следует обратить внимание при чтении схемы, и, к счастью, они одинаковы в стандартах IEC и ANSI.

Источники постоянного тока. Один элемент батареи изображается в виде одной длинной линии (положительный полюс) и одной короткой линии (отрицательный полюс) — более длинная линия всегда обозначает положительный полюс. Несколько пар элементов, соединенных между собой, представляют собой батарею. Источник постоянного напряжения также может изображаться в виде кружка со знаками “+” и “−”. Увидев символ батареи, обратите внимание на указанное рядом значение напряжения. Это первый технический параметр, который вам понадобится при закупке.

Источники переменного тока. Источники переменного тока обозначаются кружком с символом синусоиды (~). Такой символ встречается на входе источников питания, на первичной обмотке трансформаторов и везде, где напряжение сети поступает в цепь. В промышленных схемах можно увидеть кружок с указанием номинального напряжения и частоты — например, “380 В 50 Гц” для трёхфазного промышленного питания или “220 В 50 Гц” для однофазной сети, распространённой в Азии, Европе и на Ближнем Востоке.

Заземление. Не все основания одинаковы. Их путаница часто становится причиной ошибок в проектировании. Чаще всего встречаются три варианта:

• Заземление (защитное заземление): три сужающиеся горизонтальные линии — это защитное заземление, соединенное с физической землей через заземляющий стержень или заземляющую сетку здания. Его назначение — обеспечение защиты, а не служить опорной точкой для сигнала.
• Заземление шасси: обозначается скобкой, направленной вниз, или заштрихованным треугольником, соединенным с металлическим корпусом оборудования. Он обеспечивает экранирование, но не может заменить заземление в системах безопасности.
• Заземление сигнала (общая линия для цифровых и аналоговых сигналов): открытый треугольник или отдельный символ заземления, служащий точкой отсчета 0 В для чувствительных цепей. Разделение сигнального заземления и заземления питания является одним из основных методов подавления шумов.

Для специалиста по закупкам практический вывод прост: символ заземления указывает на топологию цепи, а не на компонент, который необходимо приобрести. Но если вы подбираете источники питания для оборудования, предназначенного для рынков с разными стандартами сетевого напряжения — 110 В/60 Гц для Северной Америки и 220 В/50 Гц для большей части Азии и Европы, — то символ источника переменного тока рядом с сетевым входом является сигналом к тому, что перед размещением заказа необходимо проверить диапазон входного напряжения источника питания.

Символы пассивных компонентов — резисторы, конденсаторы и индукторы

Пассивные компоненты не усиливают и не коммутируют сигналы — они создают сопротивление, накапливают заряд и фильтруют сигналы. Кроме того, именно они чаще всего встречаются на любой электрической схеме. Если вы умеете читать символы, приведенные в этом разделе, то сможете определить 60–70% деталей на типичном чертеже промышленной системы управления.

Прежде чем углубляться в описание каждого типа компонентов, ознакомьтесь с основным правилом расшифровки: сначала обратите внимание на форму символа (она указывает на тип компонента и применяемый стандарт), затем найдите модификаторы (стрелка, проходящая через символ, означает, что он регулируемый; изогнутая пластина указывает на полярность; обозначение “t°” означает зависимость от температуры), а затем прочитайте сопутствующую текстовую аннотацию (значение сопротивления, ёмкость, индуктивность и условный обозначитель, например R12 или C5). Этот трёхэтапный процесс сканирования — форма → модификаторы → текст — является самым быстрым способом определения любого компонента на схеме.

Символы резисторов — фиксированные, переменные и специальные типы

Резисторы — это наиболее распространённый компонент в любой электрической схеме. Они создают сопротивление протеканию тока, делят напряжение и задают рабочие точки для активных устройств — а их символ является наиболее заметным полем битвы между стандартами IEC и ANSI.

Фиксированные резисторы. Согласно стандарту IEC 60617, стационарный резистор обозначается простым прямоугольником. Согласно стандарту ANSI/IEEE 315 — зигзагообразной линией. С электрической точки зрения оба символа означают абсолютно одно и то же. Разница заключается исключительно в региональных традициях рисования — однако если вы изучаете чертеж с целью закупки, знание того, какому стандарту он соответствует, поможет вам определить, где, вероятно, было разработано и изготовлено данное оборудование.

Регуляторы сопротивления и потенциометры. Диагональная стрелка, пересекающая символ резистора, означает возможность регулировки. Если стрелка касается корпуса резистора в его середине (или на отдельном третьем выводе), это потенциометр — трехвыводной делитель напряжения, используемый для управляющих входов, регуляторов громкости и калибровочных настроек. Если стрелка касается только одного конца, это реостат — двухвыводной переменный резистор, используемый для регулирования тока, например, для регулировки яркости ламп или управления скоростью двигателя.

Особые типы резисторов. Некоторые резисторы изменяют своё сопротивление в зависимости от физических условий, и их символы снабжены специальными обозначениями, указывающими на эту особенность. Термистор (температурно-зависимый резистор) обозначается буквой “t°” рядом с символом — обратите внимание на “+t°” (PTC, сопротивление увеличивается с ростом температуры, используется для защиты от перегрузки по току) в отличие от “−t°” (NTC, сопротивление уменьшается с ростом температуры, используется для ограничения пускового тока). Фоторезистор или LDR (светозависимый резистор) имеет стрелки, направленные к корпусу резистора. Варистор (MOV, металлооксидный варистор) имеет маркировку “U”, указывающую на зависимость сопротивления от напряжения. Это устройства защиты от скачков напряжения, которые устанавливаются на входе переменного тока источников питания.

Технические условия закупок. Когда вы обнаруживаете резистор на чертеже и вам нужно его приобрести, сам по себе символ указывает лишь на его функцию, но не на конкретную деталь. Сопровождающая текстовая аннотация содержит важнейшие параметры для закупки: номинальное сопротивление (Ом, кОм или МОм), номинальную мощность (Вт), допуск (±%) и тип корпуса (осевой для монтажа в отверстия или размеры SMD, такие как 0805, 0603, 0402). Резистор с маркировкой “R12 10 кОм 1/4 Вт ±1% 0805” на схеме содержит всю необходимую информацию для оформления заказа — при условии, что вы также уточните количество в спецификации.

Символы конденсаторов — полярные, неполярные и переменные

Конденсаторы накапливают и высвобождают электрический заряд. Их символы кажутся на первый взгляд очень простыми — две параллельные пластины, — но от тонкостей в том, как именно нарисованы эти пластины, зависит, можно ли устанавливать этот компонент в любом направлении или необходимо строго соблюдать полярность.

Неполяризованные конденсаторы. Две одинаковые параллельные линии обозначают конденсатор, который работает независимо от того, как его подключить. Это относится к керамическим конденсаторам, плёночным конденсаторам и большинству сигнальных конденсаторов малого номинала. Символы IEC и ANSI для этого типа конденсаторов идентичны — это одна из немногих областей, где эти два стандарта полностью совпадают.

Поляризованные конденсаторы (электролитические). Если одна из двух пластин изображена в виде изогнутой линии, это означает, что конденсатор имеет полярность: изогнутая сторона является отрицательным выводом. Установка электролитического конденсатора в обратном направлении приведет к его выходу из строя — порой со значительными последствиями. Это самая распространённая ошибка при сборке в производстве электроники. На схеме положительный полюс также может быть явно обозначен знаком “+”. Для танталовых конденсаторов (подтип электролитических конденсаторов с повышенной стабильностью) символ тот же, но на самом компоненте обычно имеется маркировка “+” на положительной стороне, а не “−” на отрицательной — это несоответствие стало причиной бесчисленных ошибок при сборке.

Переменные конденсаторы. Стрелка, проходящая между параллельными пластинами, обозначает конденсатор, емкость которого можно регулировать, как правило, путем изменения степени физического перекрытия пластин. Такие конденсаторы в основном используются в настроечных цепях — радиоприемниках, радиочастотном испытательном оборудовании — и редко встречаются в сфере промышленной автоматизации.

Технические условия закупок. Для электролитических конденсаторов необходимо уточнять следующие параметры: ёмкость (мкФ или Ф), номинальное напряжение (В постоянного тока), диапазон рабочих температур (важно — высокие температуры значительно сокращают срок службы электролитических конденсаторов), а также ESR или эквивалентное последовательное сопротивление для применения в импульсных источниках питания. Для керамических конденсаторов необходимо указать тип диэлектрика (X7R, NP0/C0G, Y5V). Различные диэлектрики обладают совершенно разными характеристиками температурной и напряженной стабильности. Замена одного диэлектрика другим может привести к сбою в работе схемы, даже если значение ёмкости совпадает.

Символы индукторов и трансформаторов

Индукторы накапливают энергию в магнитных полях. Их символами являются катушки и петли — или, согласно стандартам МЭК, на первый взгляд простые прямоугольники. Ключевым визуальным признаком, позволяющим отличить обычный индуктор от трансформатора, рассчитанного на работу с высокой мощностью, является наличие или отсутствие обозначения сердечника.

Индукторы с воздушным сердечником. Согласно стандарту IEC 60617, индуктор с воздушным сердечником представляет собой узкий заполненный прямоугольник или сплошной стержень. Согласно стандарту ANSI, это ряд замкнутых полукругов или “горбов”. Обозначение «с воздушным сердечником» означает отсутствие материала магнитного сердечника — такие индукторы используются в цепях высокочастотных сигналов и радиочастотных цепях, где ферритовый или железный сердечник привёл бы к недопустимым потерям.

Индукторы и трансформаторы с железным сердечником. Две параллельные линии, начерченные рядом с символом индуктора/катушки или проходящие через него, обозначают магнитный сердечник — как правило, из ламинированного железа для устройств, работающих на сетевой частоте, или из феррита для импульсных источников питания, работающих на более высоких частотах. Если две катушки имеют общий сердечник (обозначается двумя символами индуктора, соединенными линиями, обозначающими сердечник), то перед вами трансформатор. Катушка с большим количеством витков (или та, что подключена к входу) является первичной обмоткой; другая — вторичной.

Обратите особое внимание на трансформаторы тока (ТТ). У них есть специальные символы, отличающиеся от символов силовых трансформаторов. Трансформатор тока (ТТ) понижает высокий ток до измеримого низкого уровня для целей учета и работы реле защиты. Они часто встречаются на чертежах низковольтных распределительных сетей — в центрах управления двигателями, распределительных устройствах, системах мониторинга питания — и имеют собственные варианты символов по стандартам МЭК и ANSI. Если на чертеже распределительной сети вы увидите символ трансформатора с пометкой коэффициента трансформации, например “100/5A”, то это почти наверняка ТТ.

Технические условия закупок. Для индукторов: значение индуктивности (мкГн, мГн), номинальный ток (А), сопротивление постоянному току (DCR) (Ом) и наличие экранирования (экранированный или неэкранированный — критически важно для соответствия требованиям по электромагнитным помехам). Для трансформаторов: номинальные напряжения первичной и вторичной обмоток, мощность (ВА) и диапазон частот. Важное различие: трансформаторы сетевой частоты (50/60 Гц, ламинированный железный сердечник) и высокочастотные трансформаторы (импульсные источники питания, ферритовый сердечник) имеют схожие схематические обозначения, но представляют собой совершенно разные компоненты. Заказ одного из них вместо другого приведёт к получению детали, которая либо перегреется и выйдет из строя, либо просто не будет работать.

Символы выключателей, реле и защитных устройств

Символы, приведенные в этом разделе, регулируют протекание тока — они обеспечивают подключение, отключение и защиту цепей. В промышленной среде это именно те компоненты, с которыми ежедневно работают специалисты по техническому обслуживанию и которые сотрудники отделов закупок заказывают чаще всего. Именно здесь разрыв между базовыми учебными материалами по электронике (в которых рассматриваются тумблеры) и реальной промышленной документацией (в которой рассматриваются концевые выключатели, контакторы и автоматические выключатели) становится наиболее значительным.

Основные конфигурации коммутаторов. Каждый символ переключателя состоит из общих элементов: линии, которая может замыкать или размыкать контакт с фиксированной точкой. SPST (однополюсный однопозиционный) — самый простой: одна цепь, включено или выключено. SPDT (Single Pole Double Throw) имеет один вход и два возможных выхода — переключатель выбирает, какой путь активен. DPDT (Double Pole Double Throw) представляет собой два механически связанных переключателя SPDT — используется для изменения направления вращения двигателя или одновременного переключения фазы и нуля в цепи переменного тока. Кнопочные переключатели оснащены механизмом пружинного возврата: нормально разомкнутые (NO) контакты замыкаются при нажатии, а нормально замкнутые (NC) — размыкаются при нажатии. На схеме различие между NO и NC отображается по положению контактов в состоянии покоя — зазор означает NO (цепь размыкается до нажатия), соприкасающиеся контакты означают NC (цепь замыкается до нажатия).

Промышленные управляющие выключатели. Именно в этом заключается различие между промышленной автоматизацией и любительской электроникой. Концевые выключатели определение физического положения — когда деталь станка достигает конечной точки хода, она задействует концевой выключатель, посылая сигнал контроллеру об остановке двигателя. В схемах по стандарту МЭК для концевых выключателей используются специальные символы контактов, отличающиеся от символов обычных выключателей. Микровыключатели — это миниатюрные мгновенные переключатели с очень коротким ходом срабатывания; они используются в бесчисленном множестве бытовых и промышленных изделий — от блокировок дверей микроволновых печей до датчиков исходного положения станков с ЧПУ. Контактные датчики (индуктивные, емкостные, магнитные) обнаруживают объекты без физического контакта и имеют собственные варианты символов по стандарту МЭК, в которых часто используется ромбовидная форма или специальный символ в виде блока датчика.

Очень важно правильно подобрать изделие: символ выключателя указывает на его коммутационную функцию (SPDT, NO, NC), но не отражает физические характеристики. При выборе концевого выключателя необходимо также указать форму контактов (NO/NC/переключающий), тип привода (роликовый рычаг, плунжер, шток), материал корпуса и степень защиты IP (IP65 для запыленных и влажных сред, IP67 для промывки), а также способ ввода кабеля. Символ на чертеже указывает на функциональные требования. Остальные параметры — тип привода, корпус, степень защиты IP — определяются контекстом применения, а не схемой.

Реле и контакторы. Символ реле состоит из двух элементов: катушки (прямоугольной или изогнутой формы) и одного или нескольких переключающих контактов (изображаемых в виде контактов SPST/SPDT, соединенных с катушкой пунктирной линией). При подаче напряжения на катушку контакты меняют состояние. Реле обрабатывают управляющие сигналы (малый ток); контакторы — это реле повышенной мощности, предназначенные для переключения нагрузок двигателей и нагревательных элементов (большой ток). Схематические символы структурно схожи, однако контакторы, как правило, имеют три или четыре основных полюса плюс вспомогательные контакты и изображаются на схемах силовых цепей, а не на схемах управляющих цепей.

Защитные устройства. Предохранители (прямоугольник или овал с проволочным элементом, проходящим по центру) и автоматические выключатели (символ, напоминающий выключатель, с обозначениями защитных характеристик) предназначены для прерывания токов короткого замыкания до того, как они повредят оборудование или вызовут пожар. На однолинейных схемах ANSI автоматические выключатели часто обозначаются номером функции устройства — “52” для автоматического выключателя сети переменного тока. Термореле перегрузки (изображаемое в стандарте ANSI в виде двух соединенных дуг нагревателя, а в стандарте IEC — в виде коробки с индикатором) защищает двигатели от длительного превышения тока и всегда используется в паре с контактором в цепях пуска двигателей.

Символы полупроводников и активных элементов

Полупроводники сделали возможным появление современной электроники — они усиливают, коммутируют, регулируют и обрабатывают сигналы. Их символы объединены общим визуальным языком: треугольник обозначает направление условного течения тока (от положительного к отрицательному), а дополнительные обозначения вокруг этого треугольника определяют конкретный тип устройства.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных семейств устройств, приведем универсальный справочник по обозначениям полупроводниковых элементов: треугольник всегда указывает направление прямого тока (от P-типа к N-типу). Круг вокруг устройства означает, что это дискретный компонент в корпусе. Отсутствие кружка или изображение устройства внутри более крупного функционального блока означает, что оно является частью интегральной схемы. Каждая дополнительная отметка — стрелки, направленные внутрь или наружу, изогнутая катодная полоска, небольшое крылышко — указывает на то, чем данный полупроводник отличается от базового диода.

Символы семейств диодов — выпрямительные, зенеровские, светодиодные и другие

Диод является основным полупроводниковым элементом: ток свободно протекает в одном направлении и блокируется в другом. Треугольник, направленный внутрь плоской полосы, обозначает стандартный выпрямительный диод. Треугольник указывает направление допустимого протекания тока (анод → катод).

Диоды Зенера. Катодная полоска имеет небольшой изогнутый крючок или “крылышко” — это указывает на то, что диод предназначен для работы в режиме обратного пробоя, обеспечивая поддержание точного напряжения на его выводах. Диоды Зенера служат в качестве источников эталонного напряжения и устройств защиты от перенапряжения, а не в качестве выпрямителей. Ключевым параметром при закупке является напряжение Зенера (Vz), которое варьируется от примерно 2,4 В до более 200 В.

Светодиоды (LED). Две стрелки, направленные наружу и исходящие из символа диода, означают, что он излучает свет при прямом смещении. Технические требования к светодиодам выходят за рамки базовых показателей — прямого напряжения и тока: также необходимо указать длину волны или цветовую температуру (для белых светодиодов), угол обзора (в градусах), световую силу (мкд) и размеры корпуса.

Фотодиоды. Стрелки, направленные внутрь к переходу диода, означают, что он улавливает свет. Такие устройства используются в оптических датчиках, световых завесах и волоконно-оптических приемниках — всех этих устройствах, широко применяемых в промышленной автоматизации.

Мостовые выпрямители. Четыре диода, расположенные в виде ромба, образуют полноволновый мостовой выпрямитель — наиболее распространённый способ преобразования переменного тока в постоянный в источниках питания. Символ представляет собой ромб, в котором входные выводы переменного тока расположены на двух противоположных углах, а выходные выводы постоянного тока (+ и −) — на двух остальных. Параметры, определяющие выбор: максимальное повторяемое обратное напряжение (Vrrm) и средний прямой ток (If). Мостовой выпрямитель принимает на себя ток полной нагрузки источника питания, поэтому его номинальный ток должен с запасом превышать максимальный выходной ток источника.

Менее очевидный момент, на который следует обратить внимание при покупке: не все диоды с одинаковым символом на схеме взаимозаменяемы. Диод Шоттки (с быстрым переключением и низким падением напряжения в прямом направлении) имеет тот же символ, что и стандартный кремниевый выпрямительный диод. Замена одного из них другим в неподходящей схеме приводит либо к перегреву, либо к сбою в работе. В схеме диод должен быть промаркирован артикулом или пометкой “Шоттки”, если это различие имеет значение. Однако в старых или менее подробных чертежах эта информация может отсутствовать — и специалист по закупкам должен понимать контекст схемы, чтобы принять правильное решение.

Символы транзисторов и МОП-транзисторов — основные элементы систем управления

Транзисторы и МОСФЕТы — это активные переключатели и усилители, составляющие основу любой электронной схемы управления. Если диоды — это односторонние клапаны, то транзисторы — это пропорциональные клапаны: небольшой сигнал управляет гораздо более сильным током.

Биполярные транзисторы (BJT). Транзисторы типов NPN и PNP различаются по одному ключевому признаку: направлению стрелки на выводе эмиттера. У транзисторов типа NPN стрелка указывает наружу (мнемоническое правило: NPN = стрелка направлена в сторону от базы). В случае PNP стрелка направлена внутрь в сторону базы. Направление стрелки указывает на условное направление тока через эмиттер. Параметры, по которым заказывают биполярные транзисторы: напряжение пробоя между коллектором и эмиттером (Vceo), максимальный ток коллектора (Ic), коэффициент усиления по постоянному току (hFE) и тип корпуса.

Полевые транзисторы на основе металлооксидных полупроводников. Полевой транзистор с металл-оксид-полупроводниковой структурой (MOSFET) в значительной степени вытеснил биполярный транзистор (BJT) в системах силового переключения. На символе изображены три вывода — затвор (Gate), сток (Drain) и исток (Source) — причем затвор изображен в виде отдельной пластины, отделенной от канала зазором (отражающим структуру с изолированным затвором). Встроенный диод корпуса между истоком и стоком является неотъемлемой частью структуры МОП-транзистора и отображается на символе. МОП-транзисторы с режимом обогащения (используются по умолчанию в силовых приложениях) изображаются с прерванной линией канала; МОП-транзисторы с режимом обеднения (менее распространенные) — с сплошной линией канала.

При выборе MOSFET определяющую роль играют два параметра: напряжение пробоя «сток-исток» (Vdss) и сопротивление в включенном состоянии (Rds(on)). Rds(on) напрямую определяет потери в проводимости — в приложениях с высокими токами важен каждый миллиом. Третий параметр — пороговое напряжение затвора (Vgs(th)) — определяет, может ли микроконтроллер с напряжением 3,3 В или логический сигнал с напряжением 5 В напрямую управлять затвором MOSFET, или же требуется схема драйвера затвора.

Новые горизонты в области материалов: силовые полупроводники на основе GaN (нитрида галлия) и SiC (карбида кремния) имеют те же схематические обозначения, что и традиционные кремниевые MOSFET, но обеспечивают значительно более высокие скорости переключения и номинальные значения напряжения. Если вы подбираете запасные полупроводниковые компоненты для высокоэффективных источников питания, зарядных устройств для электромобилей или солнечных инверторов, убедитесь, что в оригинальной детали используется GaN или SiC. Кремниевый MOSFET с такими же номинальными значениями напряжения и тока не обеспечит такой же уровень производительности.

Символы интегральных схем и логических элементов

Интегральные схемы (ИС) на схемах изображаются не в виде деталей на уровне транзисторов, а в виде функциональных блоков — прямоугольников с номерами выводов и артикулом детали или обозначением функции. Особого упоминания заслуживает операционный усилитель (ОПУ): он изображается в виде треугольника (подобно одностороннему усилителю) с двумя входами — инвертирующим (−) и неинвертирующим (+) — и одним выходом. Этот треугольник является вторым по распространенности символом на схемах аналоговых цепей после резистора.

Логические элементы. В цифровых схемах используются символы логических элементов, и здесь вновь возникает различие между стандартами IEC и ANSI. Согласно стандарту IEC 60617 логические элементы представляют собой простые прямоугольники с обозначениями, определяющими их функции: “&” для “AND”, “≥1” для “OR”, «=1» для «XOR», «1» для буфера. Небольшой пузырь на входе или выходе обозначает логическую инверсию (отрицание). Согласно стандарту ANSI/IEEE, элементы имеют характерные формы.

При закупке интегральные схемы — это самые простые в поиске компоненты по схеме: на чертеже почти всегда рядом с символом интегральной схемы указан конкретный артикул (например, 74HC00, ATmega328P, LM358). Решение о закупке сводится к подтверждению типа корпуса (DIP для монтажа в отверстия, SOIC/QFP/BGA для поверхностного монтажа) и температурного класса (коммерческий 0–70 °C, промышленный от −40 до +85 °C, автомобильный от −40 до +125 °C). Использование микросхемы коммерческого класса в промышленном корпусе, температура внутри которого летом достигает 65 °C, — верный путь к периодическим сбоям, которые, как известно, очень сложно диагностировать.

От символа до поставщика — как определять и закупать компоненты по электрическим чертежам

В этом разделе рассматривается вопрос, который не затрагивается ни в одном другом справочнике по электрическим символам: после того как вы узнали, что означает каждый символ, как на практике применить эти знания, когда вам нужно купить детали?

Рабочий процесс состоит из трёх этапов: декодирование символа для определения типа компонента, преобразование аннотаций к чертежу в технические условия на закупку и передача этих условий поставщику в формате, позволяющем получить точные и сопоставимые коммерческие предложения.

Основа для всего, что будет описано далее, заключается в следующем: декодирование → уточнение → источник. Функция «Декодировать» преобразует символ в категорию компонента. Функция «Уточнить» преобразует категорию компонента и аннотации чертежа в перечень измеримых параметров. Функция «Источник» преобразует этот перечень в запрос предложений, готовый для отправки поставщику. Каждый шаг основывается на предыдущем. Пропустите какой-либо шаг — особенно «Уточнить» — и вы получите не ту деталь.

Шаг 1 — Прочитайте обозначение и определите, что нужно купить

Первый шаг — это методичный, но механический процесс, если вы знаете правила. Вот пятиэтапная процедура, позволяющая определить любой компонент по схеме:

1. Определите тело символа. Это прямоугольник (резистор, IEC), зигзаг (резистор, ANSI), две параллельные линии (конденсатор), спираль (индуктор, ANSI), заполненный прямоугольник (индуктор, IEC), треугольник с горизонтальной чертой (диод) или устройство с тремя выводами и стрелкой (транзистор)? По этому можно определить общую категорию компонента.
2. Проверьте наличие отметок-модификаторов. Стрелка, проходящая через символ → регулируемый. Изогнутая пластина → поляризованный конденсатор. Двойная линия сбоку → железный/ферритовый сердечник. “t°” → зависимый от температуры. “U” → зависимый от напряжения. Стрелки, направленные наружу → светоизлучающий. Стрелки, направленные внутрь → светочувствительный. Эти модификаторы сужают подтип.
3. Определите стандарт черчения. Резистор имеет форму прямоугольника (IEC) или зигзага (ANSI)? Индукторы выполнены в виде полос (IEC) или петель (ANSI)? По этим признакам можно определить происхождение чертежа и, соответственно, вероятную систему сертификации, которая к нему применяется.
4. Прочитайте обозначение. Каждый компонент на правильно составленной схеме имеет условный обозначение в соответствии с нормами IEEE 200-1975 / ASME Y14.44: R = резистор, C = конденсатор, L = индуктор, Q = транзистор, U = интегральная схема, K = реле или контактор, F = предохранитель или защитное устройство, S = выключатель, T = трансформатор, D = диод (иногда CR для катодного выпрямителя). Этот буквенный код в сочетании с порядковым номером (R12, C5, K3) связывает схему со спецификацией. Найдите соответствующую строку в спецификации, и вы получите полную техническую характеристику компонента.
5. Прочитайте приведенное рядом пояснение. Рядом с символом или под ним найдите номинальные значения компонента (10 кОм, 100 мкФ, 4,7 мГн), номинальные параметры (1/4 Вт, 25 В, 2 А) и допуск (±1%, ±10%). Это минимальный набор информации, необходимый для оформления заказа на поставку.

Примечание к чертежу: “R12 10 кОм 1/4 Вт ±1% 0805”

Расшифровка: обозначение R → резистор. Цифра 12 → строка 12 в спецификации (резисторы). Номинал 10 кОм → 10 000 ом. Мощность 1/4 Вт → максимальная рассеиваемая мощность 0,25 Вт. Допуск ±1% → класс точности. Корпус 0805 → для поверхностного монтажа, размеры 2,0 мм × 1,25 мм.

Что нужно приобрести: поверхностно-монтируемый резистор в корпусе 0805 номиналом 10 кОм, мощностью 0,25 Вт, с допуском ±1%, количество согласно спецификации.

Идентификатор компонента — это самый эффективный инструмент в этом процессе. Если у вас есть доступ к спецификации, но нет полной схемы, поиск “R12” в спецификации позволит вам узнать точный артикул производителя — без необходимости расшифровывать символ. Если у вас есть схема, но нет спецификации, аннотации рядом с символом в сочетании с вашим знанием системы идентификаторов компонентов обычно бывают достаточными для определения компонента.

Шаг 2 — Приведение технических характеристик в соответствие со стандартами и требованиями вашего рынка

Определение типа компонента — это лишь половина дела. Приобретаемый компонент также должен соответствовать законодательным требованиям в отношении импорта, установки и эксплуатации на рынке назначения. Именно на этом этапе зачастую терпят неудачу многие международные закупки: технически исправный компонент задерживается на таможне из-за отсутствия необходимого сертификационного знака.

Соблюдение природоохранного законодательства. Директива RoHS (Об ограничении использования опасных веществ, Директива ЕС 2011/65/ЕС) устанавливает ограничения на использование свинца, ртути, кадмия и других веществ. Большинство современных электронных компонентов по умолчанию соответствуют требованиям RoHS, однако устаревшие и специализированные детали — в частности, свинцовые припои и некоторые виды гальванического покрытия разъемов — могут не соответствовать этим требованиям. Перед размещением заказа на оборудование, предназначенное для поставки в ЕС, необходимо проверить соответствие требованиям RoHS.

Согласование электрических параметров. Катушка реле, рассчитанная на 230 В, перегорит в цепи с напряжением 120 В. Трансформатор, рассчитанный на 60 Гц, может перегреться при работе от сети с частотой 50 Гц. Всегда сверяйте номинальное напряжение и частоту компонента с параметрами местной электросети конечного пользователя. Промышленные двигатели и трансформаторы особенно чувствительны к несовпадению частот 50 Гц и 60 Гц — двигатель, рассчитанный на 60 Гц, будет работать на 17% медленнее при частоте 50 Гц, что может вызвать проблемы с охлаждением у двигателей с вентиляторным охлаждением.

Классы защиты по стандарту IP (Ingress Protection). Классы защиты IP, определённые стандартом IEC 60529, указывают на степень защиты корпуса от пыли и воды. Распространённые значения: IP20 (безопасность при прикосновении пальцами, панели управления для использования в помещениях), IP65 (пыленепроницаемость, защита от струй воды — подходит для пищевой промышленности и наружной установки), IP67 (пыленепроницаемость, защита от кратковременного погружения). Для таких компонентов, как концевые выключатели, датчики приближения и кнопочные переключатели, степень защиты IP напрямую определяет, где их можно устанавливать. Концевой выключатель со степенью защиты IP20, установленный на оборудовании, которое ежедневно подвергается промывке, выйдет из строя в течение нескольких недель.

Шаг 3 — Составьте эффективный запрос на предложение, который позволит получить точные ценовые предложения

Запрос на предоставление коммерческого предложения (RFQ) является заключительным документом в процессе взаимодействия между отделом закупки и поставщиком. Грамотно составленный RFQ позволяет получить сопоставимые коммерческие предложения в течение 24 часов. Нечетко сформулированный RFQ приводит к появлению дополнительных вопросов, что вызывает задержки на несколько дней — или, что еще хуже, приводит к получению предложений на неверные детали.

Две ошибки в запросе предложений, которые неизменно приводят к неверным расчетам:

1. “Просто напиши то, что изображено на рисунке”.” Схема с пометкой “Реле K3” не дает поставщику никакой информации о напряжении обмотки, конфигурации контактов или номинальной нагрузке контактов. Результат: либо предложения не поступит (слишком неопределенно), либо будет предложено любое реле, которое случайно окажется у поставщика на складе — и которое может как подходить, так и не подходить для вашей задачи. Всегда дополняйте ссылку на чертеж выдержками из технических характеристик.
2. Без указания количества и контекста использования. Цена за единицу при заказе 10 штук значительно отличается от цены при заказе 1 000 штук. Если вы не укажете количество, поставщики по умолчанию установят консервативную (высокую) цену за единицу, чтобы обезопасить себя. Аналогично, формулировка “заказ образцов для оценки, 5 000 шт./год в случае одобрения” стимулирует поставщика предложить конкурентоспособную цену на образцы.

Преимущества многострочной спецификации. Большинство схемных чертежей содержат десятки различных компонентов. Закупка каждого из них у отдельного поставщика приводит к увеличению объема коммуникаций, расходов на доставку и объема таможенного оформления. Если вам удастся найти поставщика с широким ассортиментом — такого, который имеет в наличии источники питания, реле, датчики, переключатели и разъёмы, соответствующие различным стандартам и сертификатам, — вы сможете объединить всю спецификацию в рамках отношений с одним поставщиком. Один запрос, один набор предложений, один пункт консолидации перед отправкой. Для малых и средних торговых компаний, управляющих поставками компонентов на 10–20 заводов, сокращение числа поставщиков обеспечивает самый значительный прирост операционной эффективности.

Если вам необходимо проверить, имеются ли компоненты, указанные в ваших чертежах, в ассортименте одного поставщика, отправьте спецификацию или фрагмент схемы многопрофильному поставщику, такому как OMCH (omch.com) — это поможет убедиться в наличии необходимого ассортимента в разных категориях, прежде чем вы начнёте налаживать отношения с несколькими поставщиками.

Ссылки

1. Международная электротехническая комиссия. “IEC 60617 — Графические символы для схем”.”
   https://std.iec.ch/iec60617
2. IEEE. “IEEE 315-1975 / ANSI Y32.2 — Графические символы для электрических и электронных схем”.”
   https://standards.ieee.org/standard/315-1975.html
3. МЭК. “МЭК 60529 — Степени защиты, обеспечиваемые корпусами (код IP)”.”
   https://webstore.iec.ch/publication/2453
4. IEEE. “IEEE 200-1975 — Стандартные обозначения для электрических и электронных деталей и оборудования”.”
   https://ieeexplore.ieee.org/document/4483758
5. RS Components. “Руководство по основным электрическим символам”. Ноябрь 2024 г.
   https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/electrical-symbols-guide