Elektronik Şemaları Okuma

Elektronik cihazlarda sorun giderme ve anlama için gerekli araçlar nasıl anlaşılır ve oluşturulur?

Elektronik teçhizatta, daha fazla karmaşıklığa ve artan minyatürleşmeye doğru sürekli bir hareket olmuştur. Bu eğilimler, sorun giderme ve tanılamayı her zamankinden daha zor hale getiriyor. Bir kamu binasındaki bir asansör hareket kontrolörü için riskler yüksektir, çünkü herhangi bir kesinti, bir saatlik bile olsa, büyük masraflara denk gelebilir. Ek olarak, senaryoyu yoğunlaştıran sağlık ve güvenlik sorunları vardır. Birçok devre kartından birine lehimlenmiş tek bir ayrı bileşenin arızalanmasıyla felç olan bir sağlık tesisindeki asansör sırasını düşünün.

Onarım teknisyenleri, muhafazaları açabilir ve içeriklerini genellikle boşuna görsel olarak inceleyebilir. Bazen yanmış bir cihaz, kablo veya sonlandırma, arıza noktasını ortaya çıkaracaktır, ancak daha sık olarak devre sadece size bakacaktır. Teşhis test ekipmanı yolu gösterebilir, ancak yine de nereye bakmanız gerektiğini bilmelisiniz. Şüphesiz, bu tür muammaları çözmede en büyük tek varlık şematik diyagramdır. Bir iş görüşmesinde, başvuru sahibine "Şemaları okuyabilir misin?" diye sorulur. Cevap her zaman net değildir: bazı şemalar netlik modelleridir ve amaçlanan bilgileri verimli ve belirsizlik olmadan iletirken, diğerleri karışık ve düzensizdir.

diyagramlar

Üreticiler, elektronik ekipmanla birlikte verilen belgelerin bir parçası olarak genellikle üç tür (alt türlerle birlikte) diyagram sağlar. Şematiklerin yanı sıra resimli ve blok diyagramlar da vardır.

Resimli

Resimli diyagramlar, bileşenleri fiziksel olarak kasa veya devre kartına yerleştirildiklerini gösteren, ölçeklendirilecek fotoğraf veya çizimlerden oluşur. Bu grafikler, bir onarım yapıldıktan sonra, her şeyi hasar görmeden başarılı bir şekilde bir araya getirmek için çok faydalıdır. Elektronikte, bir motor/pompa ünitesinin onarım için sökülmesi ve ardından yeniden monte edilmesi gerektiğinde olduğu gibi, işin genellikle önemli bir mekanik yönü vardır. Bir tür resimsel diyagram olan patlatılmış bir görünüm yararlıdır.

Karmaşık ve zorlu bir elektromekanik montajla uğraşırken ve resimli bir diyagram mevcut değilken, demontajın çeşitli aşamalarında ekipmanın yüksek çözünürlüklü dijital fotoğraflarını çekmek iyi bir yaklaşımdır. Bunlar, kabloları doğru şekilde yeniden bağlamada yardımcı olabilir. (Yanlış bağlanmış bir kablonun asansör kapısı kilitleme arızasına neden olduğu bilinmektedir.)

Engellemek

Genellikle üretici belgelerinde bulunan başka bir diyagram blok diyagramdır. Burada tek tek bileşenler ve devre kabloları gösterilmemiştir. Bunun yerine, elektronik ekipmandaki ana aşamalar, aşamalar arasındaki güç ve bilgi akışını gösteren tek satırlarla gösterilir. Bu tür diyagram, ekipmana mükemmel bir genel bakış sağlar ve arıza değerlendirmesi ve teşhisinde ilk yaklaşım olarak son derece yararlıdır.

2. yüzyılın başlarında süperheterodin radyo alıcısının (Şekil 20) icadından bu yana, bu tasarım radyo iletişimine egemen olmuştur ve televizyonda (TV) da kullanılmaktadır. Bir dizi frekanstan yayınları seçen radyo frekansı (RF) filtresiyle senkronizasyona ayarlanmış bir osilatör, mikserde RF sinyaliyle çarpan elektrik enerjisi sağlar ve onu daha yönetilebilir bir ara frekansa düşürür. Bu sinyal daha sonra amplifiye edilir, demodüle edilir ve tekrar ses aşamalarında yükseltilir ve son olarak hoparlöre beslenir.

Şematik

Üretici belgelerinde bugüne kadarki en yararlı parça, bir parça listesiyle birlikte şematik diyagramdır. Bu, tek bir sayfadan veya çok sayıda sayfadan oluşabilir, genellikle tezgah üzerinde düz duracak şekilde spiral ciltlidir. Bir şematik diyagram, boyut ve karmaşıklık nedeniyle birden çok sayfayı doldurduğunda, her sayfanın ara bağlantıları gösteren sonlandırmaları olacaktır. Bu bir karışıklık kaynağı gibi görünebilir, ancak aslında oldukça kullanıcı dostudur, çünkü her sayfa belirli işlevlerle ilgili bilgiler içerir, bu nedenle odak genellikle tek bir sayfayla sınırlıdır.

Bir şematik diyagram, resimli bir diyagramın aksine, bileşenleri gerçekte göründükleri gibi resmetmez. Bunun yerine ulusal ve yakından ilişkili uluslararası standartlara uygun semboller kullanılmaktadır. Bu semboller, bileşenlerin nasıl göründüğünü değil, nasıl çalıştıklarını ifade eden harika bir sezgiseldir. Örneğin direnç, kapasitör ve indüktör için şematik sembolleri düşünün.

Bir direncin şematik sembolü, bileşenin endüktansa sahip olmayacak şekilde sarılmış uzun bir tel segmentinden oluşturulduğu zamana dayanır. Şu anda, çoğu direnç, gerekli dirence sahip olacak şekilde birleştirilmiş karbon ve diğer malzemelerden oluşmaktadır, ancak tel sargılı dirençler hala yüksek hassasiyetli uygulamalarda kullanılmaktadır. Akım bir dirençten geçtiğinde voltaj düşer ve fazla elektrik enerjisi ısı şeklinde dağılır. Yayılan ısı, I2R olarak ifade edilen direnç ile akım miktarının karesi ile orantılıdır. Mühendisler, direnci olan herhangi bir cihazda veya iletkende I2R kaybından bahseder.

Bir diyotun şematik sembolünün bir anot ve katodu vardır ve sembole bakıldığında akımın ileri taraflı olduğunda bir yönde akacağı, ancak ters taraflı olduğunda diğer yönde akmayacağı açıktır. Bir indüktörün şematik sembolü, bir tel bobini fikrini açıkça aktarır. Bir hava çekirdekli indüktör gösterilmiştir. Sargılara paralel bir veya birden fazla hat eklenirse cihazda demir çekirdek bulunur. Bir kapasitör sembolü de oldukça sezgiseldir. İki paralel plaka, uçları yapıştırılmış olarak gösterilmiştir ve aralarında dielektrik katmana karşılık gelen bir boşluk vardır. Gerçek dünyadaki bir kapasitör bir silindir oluşturmak için yuvarlanabilir, ancak sembol fikri şematik olarak iletir.

Dijital kapı sembolleri, pozlama ile giderek daha sezgisel hale geliyor. Bir geçidin bir veya daha fazla girişi olabileceğine, ancak her zaman tek bir çıkışa sahip olabileceğine dikkat edin. Çıkıştaki yuvarlak daire, girişin cihazda ters çevrildiğini gösterir. Girişteki içbükey çizgi, cihazın bir VEYA dijital mantık kapısı veya türevlerinden biri olduğunu gösterir.

Şekil 4, solda giriş gücünü (tipik olarak standart 120 VAC ev akımı) ve sağda filtrelenmemiş darbeli DC çıkışını gösterir. Dört diyot, orta sargıya ihtiyaç duymadan tam dalga doğrultma sağlamak üzere düzenlenmiştir. Direnç sembolü bir değişkendir. Şematik, iki çift diyot için doğru polarizasyonu gösterir. Bir güç transformatörü, gösterildiği gibi her zaman bir demir çekirdeğe sahiptir.

Şekil 5, kristal setini takip eden ve süperheterodinden önce gelen erken tip bir radyo olan rejeneratif bir alıcıyı göstermektedir. Hala öğrenciler tarafından bir eğitim projesi olarak inşa ediliyor ve çıktısı kulaklıkları sürmek için fazlasıyla yeterli. Çıkışın bir kısmını tek tüplü amplifikatörün girişine geri besleyerek gelişmiş kazanç elde edilir. Kaplin, iki hava çekirdekli indüktör tarafından sağlanır. Biri diğerinin içinde kayar, operatör tarafından hareket ettirilir, böylece rejenerasyon miktarını düzenler.

Sinyal girişinde, birincil bobinin bir ucu toprağa bağlanır, diğer ucu ise değişken bir kapasitör aracılığıyla bir antende sona erer. Kondansatörlerin "C1", "C2", "C3" ve "C4" olarak etiketlendiğine dikkat edin. Bunlar ve diğer bileşenler genellikle spesifikasyonları veren ekteki bir tabloda listelenir. Vakum tüplü zarf, iç elemanları, bir filamanı, bir ızgarayı ve geleneksel sembollerle temsil edilen bir levhayı içeren bir daire olarak gösterilir. Güç kaynakları (bu durumda piller) bazen şemanın üstünde ve altında sonlandırılır. Burada, diyagram içinde bulunurlar.

Uygulama ile, giderek daha karmaşık şemalar okunabilir, böylece çeşitli bileşenlerin amacı netleşir ve güç ve sinyal akışları anlaşılır. İyi çizilmiş şemalar bu standartlara sıkı sıkıya bağlıdır. Herhangi bir doğaçlama veya sembolleri stilize etme girişimleri kesinlikle yersizdir ve verimli ve doğru yorumlamayı engelleyecektir. Birçok yarı iletken çeşidi de dahil olmak üzere şematik sembollerin eksiksiz katalogları İnternette bulunabilir ve bu sembollerin bir tablosunu yazdırmanız, tezgahın üzerine göndermeniz ve bilgisayara kaydetmeniz önerilir.

Bireysel şematik semboller için konvansiyonlara ek olarak, genel yerleşimin nasıl gerçekleştirildiğine dair konvansiyonlar vardır. Şematik diyagram, bir şasi veya devre kartı üzerindeki bileşenlerin gerçek dünyadaki konumuyla ilgili değildir. Amaç, mantıksal ve elektriksel bağlantıları göstermektir. Şematik diyagramda, bileşen sembolleri güç ve bilgi akışına göre konumlandırılır ve konvansiyonlara uygundur. Bilgili elektronik teknisyenleri bu kuralları anlar. Şemaları analiz etme ve bunları gerçek devre kartları ve genel elektronik ekipmanla karşılaştırma deneyimine sahip çalışanlar, şematik diyagramların en başından itibaren anlamlı olması için bu kuralları içselleştirir.

Bir zamanlar, bir AC motorun hızı kolayca kontrol edilemediği için, hemen hemen tüm asansörler DC motorlarla çalıştırılıyordu. Değişken frekanslı sürücünün (VFD) 20. yüzyılın ortalarındaki icadı büyük bir yenilikti, çünkü oldukça basit devre ile standart bir AC endüksiyon motorunun otomatik hız, yön ve tork kontrolüne izin verdi.

Şematik nasıl çalıştığını gösterir. Genellikle 480 V olan üç fazlı şebeke gücü, tipik olarak iyi havalandırılan bir metal mahfaza içinde bulunan üniteye bir dal devresi tarafından sağlanır. Üç sıcak bacağın her biri, bir çift diyota ortalanır. Altı diyotun tümü aynı yönde polarize edilir ve bu doğrultucu bölümünden gelen DC çıkışı, DC barası olarak bilinen iki ağır iletkene beslenir. Dalgalanmayı filtrelemek amacıyla DC barasına bir kapasitör bağlanır.

DC barası, gücü VFD'nin invertör bölümüne iletir. Bu çıktı olduğundan, şemanın sağında gösterilmiştir, ancak muhafaza içindeki asıl yerleşim farklı olabilir. Şemanın amacı, bileşenlerin fiziksel konumlarını değil, mantıksal işlevi ve elektrik bağlantılarını göstermektir. Ölçümlerin yapılabilmesi için bileşenleri bulmak ve devre düğümlerini bulmak teknisyenin işidir.

DC gücü, DC bara üzerinden altı çıkış yarı iletkenine hareket eder. Motora giden üç fazlı güç çıkışı gösterilmiş olmasına rağmen, asansör hareket kontrol cihazından gelen sinyal girişlerinin yarı iletken uçlarının ötesinde gösterilmediğine dikkat edin. Bir multimetre ve bir osiloskop kullanan teknisyen, şemayı okuyarak neye bakacağını bilecektir. Genellikle şemalar çeşitli test noktalarında uygun voltajları gösterir ve bir TV şeması için kritik noktalarda osiloskop izleri olan küçük grafikler gösterilir. DC barasında, dalgalanmalardan arınmış, saf ve değişmeyen bir doğru akım görmek istiyoruz. VFD çıkışında ve üç motor terminalinde, harmonik içermeyen dengeli, darbe modülasyonlu akım arayın.

Söylemeye gerek yok, bunlar büyük miktarda mevcut arıza akımı olan çok yüksek voltaj seviyeleridir. Şok ve ark parlamasını önlemek için çok dikkatli olunmalıdır. Bu tür bir ekipman üzerinde çalışmaya başlamadan önce teknisyen talimat almalı ve potansiyel tehlikelerle nasıl başa çıkacağını anlamalıdır. Güvenlik kilitleri, koruma ve topraklama yerinde kalmalı ve onarımlar tamamlandıktan sonra yeni tehlikelerin ortaya çıkmaması için özen gösterilmelidir. Sonlandırmaların spesifikasyonlara göre sıkılması gerekir ve üretici belgelerindeki tüm uyarılara uyulmalıdır.

Şemaya başvurularak ve incelenen ekipmanın sergilediği belirtiler göz önünde bulundurularak, arızanın tam olarak değilse de genel olarak tespit edilmesi mümkün olmalıdır. Şemaya atıfta bulunarak, arızanın genel alanı belirlendikten sonra, sorunu tam olarak belirlemek için çeşitli teknikler mevcuttur. Örneğin, anormal derecede sıcak olan bir mikroişlemci muhtemelen zarar görmüş ve çalışmıyor. Hiç sıcak değilse (yani oda sıcaklığındaysa), cihaz almıyordur veya akım geçmiyor demektir. Çalışma sıcaklığı anormal ise, ya mikroçipin dahili olarak kötüdür ya da bir çevre birimi arızalıdır (genellikle kısa devre veya açık) ve elektrik enerjisi olması gereken yere gitmiyordur.

Sorun giderme

Operasyonel arızalar aralıklı olduğunda teşhis daha zor hale gelir. Bu, kritik sıcaklığa ulaşıldığında genişleyen bir cihaz veya iletkendeki küçük, neredeyse görünmez bir çatlaktan kaynaklanabilir. Hatayı ortaya çıkarmak için bazen şüpheli bir bileşene veya iletkene az miktarda ısı uygulamak mümkündür. Bu amaç için yapılmış bir soğutma spreyi, bazen teşhis amacıyla çalışmayı geçici olarak eski haline getirecektir. Şematik diyagram sizi her zaman hataya götürecektir.

Zor olan (bazen biraz zor, bazen çok zor), şematikte gösterildiği gibi, gerçek baskılı devre kartı veya şasi üzerinde bileşenleri bulmaktır. Artan minyatürleştirme ile devre kartlarının arka tarafındaki basılı iletkenleri takip etmek ve cihaz sonlandırmalarını ve devre düğümlerini bulmak ve tanımlamak giderek daha zor hale geldi. Bir devre kartı üzerindeki cihaz konumları, baskılı devre izlerinin karakteristik empedansı, termal ve elektromanyetik etkileri azaltmak için cihazların konumlandırılması vb. dahil olmak üzere birçok faktör tarafından belirlenir.

Bileşenleri sökerken ve lehimlerken yakındaki cihazlara ve/veya devre kartının kendisine zarar vermek çok kolaydır. Bir asansör halka açık bir yerde duruyorsa, çalışmayı hızlı bir şekilde eski haline getirmek için bir (veya daha fazla) tüm devre kartını değiştirmek en iyi seçenek olabilir. Ancak, bu kullanılabilirliğe bağlıdır. Ayrıca şunu da bilin:

• Tüm devre kartları çok pahalıdır. Bunun nedeni, özel ekipman için nispeten küçük miktarlarda üretilmeleridir.
• Tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken konfigürasyonlarında büyük metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör benzeri yalıtılmış kapı cihazları popülasyonları içerdiklerinden, modern devre kartları çok az miktarda statik elektrikle anında bozulabilir. Ciddi bir sorun, bu şekilde hasar gören devre kartlarının görünür bir hasar belirtisi göstermemesidir. Teknisyen, ikame sorunu çözemediğinden, hatanın başka bir yerde olması gerektiğini varsayabilir.
• Devre kartı, dışından gelen aşırı voltaj veya ısı nedeniyle zarar görebilir. Yeni bir yönetim kurulu er ya da geç aynı kaderi paylaşacaktır. İlgili bir sorun, belki de kötü bir yatak, güç kaynağı, sensör veya kontrol kablosu nedeniyle bir soğutma fanı soğutma işlevini yerine getiremediğinde ortaya çıkar. Ayrıca, tıkanmış veya tıkanmış soğutma delikleri veya yüksek ortam sıcaklığı olup olmadığına bakın.

Yukarıdaki nedenlerden dolayı, bazen devre kartındaki tek bir bileşeni değiştirmek daha mantıklıdır. Bu, özellikle halka açık bir yerde bir kesinti ile uğraşmadığınız zaman geçerlidir. Örneğin, bozuk bir devre kartını değiştirmiş olabilirsiniz ve onu yedek olarak onarmak isteyebilirsiniz. Lehimleme tekniklerini ve devre kartı onarımını ayrıntılı olarak kapsayan çevrimiçi öğreticiler ve basılı kitaplar ve makaleler bulunmaktadır.

Yaratılış

Şematik çizme fırsatınız olabilir. Daha önce tartışılan sözleşmeleri iyi bir şekilde anlayarak, bir şema oluşturabilir ve bunu iş arkadaşlarınıza veya bir üreticinin danışma için teknik desteğine e-postayla göndermek amacıyla tarayabilirsiniz.

Sıradan çizim araçları ve teknikleri kullanılarak bir şema çizilebilir. Bu süreç zaman alıcıdır ve sonuçlar bazı uygulamalar için kabul edilebilir olsa da, bir üreticinin dokümantasyonu veya tanıtım materyalleri hazırlanıyorsa arzulanan bir şey bırakmaktadır. Bunun gibi uygulamalar için, ustalıkla uygulandığı takdirde tüm kurallara yerleşik uyum ile mükemmel şemalar üretecek bilgisayar programları vardır.

Örnekler

Büyük bir elektronik bileşen tedarikçisi olan Digikey, www.digikey.com adresinde ücretsiz bir çevrimiçi şema ve diyagram oluşturma aracı sunmaktadır. “EDA ve Tasarım Araçları”na, ardından “Şema-it”e ve ardından “Şimdi Deneyin”e tıklayın. “Yeni Proje” penceresi geliyor ve oradan programın nasıl çalıştığını görebilirsiniz. Dikey bir sütunda (solda) cihazların listesini içeren bir grafik kağıdına benzeyen bir ekran belirir. Örneğin 29 çeşit diyot vardır. Bunlardan herhangi biri projeye sürüklenebilir, döndürülebilir, telleri temsil eden çizgilerle birleştirilebilir ve istenildiği gibi düzenlenebilir. Sonuç, bir isim verilebilen ve bir dosya olarak kaydedilebilen bitmiş bir şemadır.

Kolayca Uygulanabilir Grafik Düzen Düzenleyicisi (EAGLE), elektronik tasarım profesyonelleri için tercih edilen araç haline gelen eksiksiz bir elektronik tasarım sistemidir. Şematik yakalamaya izin vermenin yanı sıra, bir baskılı devre kartı (PCB) yerleşim düzenleyicisi ve otomatik yönlendiricidir. Ayrıca bilgisayar destekli tasarım ve malzeme listesi araçlarını da içerir.

EAGLE, dik bir öğrenme eğrisine sahiptir. Bu, Adobe Photoshop'a benziyor. Yetkin olmak için çok fazla zaman ve çaba harcamayı bekleyin. Başlamak için, bütçe ve ihtiyaçlara göre istediğiniz sürümü seçin ve indirin. Ücretsiz EAGLE Light, kullanıcının programı değerlendirmesini ve neyin dahil olduğunu öğrenmesini sağlar. Mac, Microsoft Windows ve Linux işletim sistemlerinde çalışır. Kullanıcılar, daha fazla değiştirilebilen ve özelleştirilebilen çok geniş bir genişletilebilir bileşen kitaplığından yararlanabilir. Elektronik bileşenleri temsil eden semboller sayfaya taşınır ve istenen devreyi oluşturacak şekilde düzenlenir. Ek yetenekler, devre şemasını bir tıklama ile otomatik yönlendirmeli bir PCB düzenine çevirme yeteneğini içerir. Ürün, PCB imalat şirketlerinin gerektirdiği şekilde Gerber, Post Script, Excellon veya Lieb & Meyer matkap dosyaları olarak kaydedilebilir.

Amaç baskı için şemalar oluşturmak veya iş arkadaşlarınızla iletişim kurmaksa, EAGLE Light'ın işlevselliği yeterlidir. Ancak, bu versiyonun maksimum PCB boyutu 4 X 3.2 inç'tir (yine de birçok uygulama için yeterlidir). Şemalar oluştururken, Light sürümü proje başına yalnızca bir sayfaya izin verir, bu nedenle büyük bir projeyi sayfalar arasında bağlantılarla ayrı şemalara bölmek mümkün değildir. Bu sınırlamaların ötesine geçmek için daha gelişmiş sürümlerden birini satın almak gerekir.

EAGLE, birçok özelliğine erişime izin veren bir “Kontrol Paneli” üzerine kurulmuştur. Kullanıcının bileşen kitaplıklarına eriştiği, tasarım kurallarını (iz aralığı gibi) belirlediği ve programın daha fazla özelliğine geçtiği yer burasıdır.

"Projeler" altında iki dosya vardır: "Şematik" (.sch) ve "Pano Düzeni" (.brd). Bir program üzerinde çalışırken, senkronize kalmaları için bunların her ikisinin de aynı anda açık olması gerekir.

Sonuç

Elektronik şemalar hem zorlu hem de onları kullanmayı önemseyen teknisyenler için kullanıcı dostudur. Şemalar ve diğer belgeler olmadan, eldeki görev çok daha zordur ve başarı olasılığı büyük ölçüde azalır.