Как составить электронную схему: три узла делителя
Как составить электронную схему в KiCad: разбираю делитель на двух резисторах, составляю карту выводов, соединяю узлы и отделяю проверку ERC от расчёта напряжения.
Андрей
Преподаватель, научный редактор
8 мин чтения
Два резистора остались на рисунке, а ответ изменился с 2 до 1 вольта. Для учебного разбора я намеренно поменял их номиналы местами. Этот пример хорошо показывает, как составить электронную схему: сначала задать состав цепи и соединения, затем переносить их в редактор. Разберу делитель напряжения в KiCad 9 для Windows. Результатом будет понятная схема с картой трёх узлов.
Работаем пока с документом и идеальным расчётом, без физической сборки. На входе приняты 3 В, нагрузка к выходу не подключена. Я хочу, чтобы другой человек мог восстановить соединения по обозначениям: найти R1 между входом и выходом, а R2 — между выходом и общим проводом.
Как составить электронную схему из условий задачи
В нашем делителе R1 соединяет вход с выходной точкой, R2 — выходную точку с общим проводом. Номиналы: R1 равен 1 кОм, R2 равен 2 кОм. Входной разъём назову J1, выходной — J2. У каждого два контакта. Входное напряжение считается относительно общего провода.
Прежде чем рисовать, я записываю условия коротко:
J1.1 — положительный вход, принятый равным 3 В относительно J1.2.
J1.2 — общий возвратный провод, опорные 0 В для расчёта.
Обозначение J1.1 читается как «первый контакт разъёма J1». Это не номер строки и не координата на листе. Такая запись помогает обсуждать цепь, даже если разъём позже повернули или перенесли в другое место схемы.
Теперь считаю. Без нагрузки через R1 и R2 проходит один ток: 3 В делим на сумму 1 и 2 кОм, получаем 1 мА. Напряжение на R2 равно 1 мА × 2 кОм, то есть 2 В. Именно его мы снимаем между J2.1 и J2.2. Это ручной расчёт при заданных идеальных условиях, не показание прибора и не результат симуляции.
Если поменять номиналы местами, ток останется тем же, но нижнее сопротивление станет 1 кОм. На выходе получится 1 В. Контур рисунка может выглядеть прежним. Поэтому при чтении схемы я проверяю не только наличие R1 и R2, но и их значения и место в цепи.
Три узла вместо догадок по расположению
Узел объединяет электрически соединённые выводы. Все точки идеального проводника в нашем расчёте относятся к одному узлу. Два вывода, расположенные близко, не становятся соединёнными автоматически.
Я составляю карту перед переносом в KiCad:
Имя узла · Что соединено
VIN — J1.1 и R1.1
VOUT — R1.2, R2.1 и J2.1
RET — R2.2, J1.2 и J2.2
У резисторов здесь нет полярности. Для определённости я выбрал такое соответствие номеров выводов. Переворот одного неполярного резистора не равен перестановке номиналов R1 и R2 между верхней и нижней частями делителя. Это разные изменения.
VIN, VOUT и RET — имена соединений, которые я выбрал для упражнения. RET означает общий возврат. Надпись не создаёт реального источника напряжения. Разъём J1 тоже лишь описывает место подключения; его наличие не доказывает, что на входе действительно есть 3 В.
Полезно проверить карту без картинки. От J1.1 путь идёт через R1 к VOUT, затем через R2 к RET и обратно к J1.2. Выходной разъём подключён к VOUT и RET. Если J2.1 попал на VIN, получится измерение входа вместо нужной промежуточной точки.
Мне нравится именно эта проверка: она обнаруживает ошибку раньше выбора цвета проводников. Редактору потом надо передать уже определённую цепь.
Переношу карту в редактор схем KiCad
Создай проект через File → New Project и открой его Schematic Editor. Для упражнения используй установленные стандартные библиотеки. Если редактор впервые спрашивает о таблице библиотек, настрой её по штатному диалогу KiCad, прежде чем искать компоненты.
Мне понадобятся два резистора Device:R и два двухконтактных разъёма Connector_Generic:Conn_01x02. Это условные обозначения для схемы. Конкретный корпус детали и рисунок площадок на плате выбираются отдельно, когда появляется задача физического устройства.
Порядок переноса такой:
Клавишей A открой выбор символа и размести нужные компоненты.
Через свойства символов, вызываемые E, проверь обозначения R1, R2, J1 и J2.
У резисторов задай значения 1k и 2k соответственно.
Размести резисторы последовательно, оставив место для ответвления VOUT.
Инструментом проводника W соедини выводы по таблице узлов.
Добавь локальные метки VIN, VOUT и RET инструментом L на соответствующие проводники.
Номера разъёмов сверяй по символу. Не назначай положительный контакт просто потому, что он оказался сверху после поворота. Положение на листе можно изменить; договорённость о J1.1 должна остаться определённой.
В этом упражнении я использую локальные метки на одном листе. Одинаковые имена таких меток связывают участки соответствующей сети этого листа. Поэтому опечатка в имени существенна, даже если подпись выглядит почти так же.
Проводник должен заканчиваться на выводе. Линия, нарисованная рядом с ним как графическое украшение, не заменяет электрического соединения. У точки крепления метки та же логика: она должна попасть на нужный проводник, а не просто находиться возле него.
Сохрани проект после переноса. Получившийся документ ещё предстоит прочитать и проверить. Я не показываю здесь готовый файл KiCad или результат его запуска: это инструкция для самостоятельного упражнения.
Читаю соединения раньше отчёта ERC
Сначала нахожу VOUT. В этой сети должны встретиться R1, R2 и первый контакт J2. Затем проверяю RET: к нему относятся нижняя часть делителя и вторые контакты обоих разъёмов. VIN остаётся отдельным входным узлом.
Открой View → Panels → Net Navigator. Инструментом Highlight Net на правой панели подсвети проводник, затем раскрой дерево сети в навигаторе. Там перечисляются выводы и метки; щелчок по записи показывает элемент. Так можно сверить номера даже у символа со скрытыми подписями выводов. Если ожидаемые части не входят в одну сеть, проверь концы проводника. Обычное выделение объекта не заменяет подсветку сети.
Я особенно смотрю на выходное ответвление. Оно должно отходить от точки между резисторами. Если случайно провести непрерывный обход R1, схема сохранит оба обозначения, но верхний резистор окажется замкнут проводником. Наличие всех деталей ещё не подтверждает правильную цепь.
Потом запускай Electrical Rules Checker, ERC, и разбирай сообщения по месту. Эта проверка выявляет определённые ошибки соединений и несовместимости типов выводов. Она не вычисляет наш выход по одной подписи «3 В».
В выбранном примере разъёмы и резисторы пассивные. Отсутствие сообщений не удостоверяет напряжение источника или правильность отношения сопротивлений. Если вместо 2k записать 20k, электрическое соединение останется допустимым, а расчёт изменится. Поэтому карту, номиналы и ERC я читаю отдельно.
Не прячь непонятное сообщение ради пустого списка. Найди указанный участок и выясни причину. Если добавишь в собственную версию символы питания или другие компоненты, у них появятся дополнительные требования проверки. Наш простой перечень уже не описывает такую схему целиком.
Как составить электронную схему и объяснить её в чате
До работы в редакторе карту соединений удобно обсудить словами. В LibraChat я предложил бы такой запрос:
Проверь описание учебного делителя без нагрузки. Вход VIN=3 В относительно RET. R1=1 кОм между VIN и VOUT, R2=2 кОм между VOUT и RET. J1 подключён к VIN/RET, J2 — к VOUT/RET. Объясни ручной расчёт VOUT. Отдельно перечисли соединения, которые нужно проверить в редакторе. Не заявляй, что файл или физическая цепь уже проверены.
Это предлагаемый промпт. Его ответ надо сопоставить с исходными условиями. Если помощник добавил потребитель на выход, он изменил задачу: нагрузка влияет на делитель. Полученные здесь 2 В нельзя автоматически обещать после подключения произвольного устройства. Делитель не превращается в универсальный источник питания.
В статье о подготовке схем с нейросетью можно посмотреть работу со словесными связями. Здесь к ней добавляются электрические выводы и номиналы. Похожая картинка без этих сведений не заменит исходный проект.
Попробуй попросить объяснить один узел, а затем найди все его выводы в своём редакторе. Для VOUT их в нашем перечне три. Если описание и схема расходятся, исправь именно соединение. После этого снова проверь цепь, номиналы и сообщения ERC. Тогда другой человек сможет понять устройство по схеме, даже если разместит компоненты совсем иначе.
