Bagaimana skema digambar sebelum CAD?

Saya melihat skema pasokan daya HP lama yang saya beli. Itu dapat ditemukan di sini , sekitar halaman 60-61.

Skema ini dibuat jauh sebelum CAD adalah alat yang digunakan oleh para insinyur. Segala sesuatu masih digambar dengan tangan. Saya bertanya-tanya bagaimana menggambar skema besar terjadi. Hari ini, kita terbiasa dengan alat EDA mewah kita yang akan memiliki banyak fitur bagus untuk membuat skema yang baik. Sebagai alternatif, skema untuk dokumentasi kadang-kadang diambil dalam program grafik vektor seperti Inkscape atau Illustrator, karena mereka dapat memberikan hasil yang lebih rapi.

Dalam paket CAD kami, kami memiliki anotasi otomatis yang bagus, ini membuat kami menjadi BoM yang bagus jika kami mengaturnya dengan benar, dan sering kali mereka bahkan memungkinkan kami untuk mengekstrak netlist SPICE untuk simulasi, dan banyak informasi lainnya tentang desain dan aturan listrik. Jika kami menemukan bahwa memindahkan komponen ini di sini membuat skema kami lebih jelas, kami hanya drag-and-drop - tidak perlu menggambar ulang semuanya!

Skema lama yang saya lihat selalu memiliki simbol konsisten yang bagus - bukan yang Anda harapkan dari skema sketsa tangan. Apakah mereka menggunakan stensil untuk selalu memiliki simbol transistor, resistor, kapasitor, dll yang sama persis? Atau apakah simbol-simbol itu didefinisikan dalam dimensi mereka dan hanya ditarik dan diukur setiap waktu lagi? Apakah mereka mungkin memiliki potongan-potongan kertas kecil dengan masing-masing simbol yang tertera di atasnya, dan kemudian hanya memindahkan yang di sekitar untuk membuat skema tanpa harus mulai dari awal setiap kali (saya berpikir tentang kertas-kertas meja IKEA tua di mana Anda mendapat sedikit guntingan meja mereka dan Anda bisa meletakkannya untuk mencoba tata letak di kantor Anda)?

Saya sadar ini adalah pertanyaan terbuka, tapi saya ingin tahu bagaimana keadaannya sebelum kami memiliki OrCAD, Virtuoso, KiCAD dan Altium.

Saya dilatih di Tektronix untuk menjadi juru gambar elektronik. Mereka punya kelas untuk itu. Ini sangat mirip dengan penyusunan untuk konstruksi. Anda memiliki pensil, penajam, penghapus khusus dan kertas biasa, meja miring, T-square, segitiga, dll. Alat dasar perdagangan yang sama untuk setiap juru gambar. Ada beberapa alat tambahan yang ditambahkan, seperti beberapa stensil yang bagus untuk komponen elektronik dan item gambar deskriptif (seperti tabung osiloskop - lihat di sini untuk beberapa ide tentang itu.) Tapi itu saja.

Perbedaannya adalah bahwa mereka mencari orang-orang yang memiliki pemahaman bawaan tentang elektronik dan yang "memahami" gagasan aliran elektron dari bawah ke atas pada halaman, dan aliran sinyal dari kiri ke kanan. Dan siapa yang kemudian dapat mengambil skema acak apa pun yang mereka lihat, merobohkannya sepenuhnya ke tanah, dan menggambarnya kembali dari awal sehingga mematuhi aturan-aturan ini serta membuatnya mengkomunikasikan konsep dengan cepat ke insinyur elektronik lainnya. Ini juga berarti mampu mengenali bagian yang umum bagi banyak skema (seperti cermin arus dan referensi tegangan, tahap penguat analog, dll.)

Saya telah menghabiskan waktu bertahun-tahun ketika tumbuh dewasa, mencoba memahami sirkuit yang saya lihat di majalah Popular Electronics dan Radio Electronics. Untuk melakukan itu, saya sudah perlu untuk merobohkan semua tata letak sirkuit karena mereka dicetak untuk orang-orang yang ingin memasang mereka tanpa memahami mereka. Jadi mereka memasukkan semua detail kabel power bus. Tidak ada yang benar-benar banyak membantu dalam memahami bagaimana rangkaian bekerja. Jadi ini membantu saya dalam peran merancang elektronik.

Bagaimana orang menghitung sinus dan kosinus atau logaritma atau bahkan melipatgandakan angka besar sebelum ada kalkulator? Mereka menggunakan buku dengan meja di dalamnya, bersama dengan pelatihan untuk menggunakan tabel itu dengan benar. Atau mereka menggunakan aturan slide.

Hidup selesai. Alat berubah. Tetapi hidup masih dilakukan.

---

Saya pikir saya akan menambahkan ringkasan singkat dari beberapa prinsip panduan untuk meningkatkan pemahaman tentang sirkuit.

Salah satu cara yang lebih baik untuk mencoba dan memahami sirkuit yang awalnya membingungkan adalah menggambar ulang. Ada beberapa aturan yang bisa Anda ikuti yang akan membantu mempelajari proses tersebut. Tetapi ada juga beberapa keterampilan pribadi tambahan yang secara bertahap berkembang dari waktu ke waktu juga.

Seperti yang disebutkan di awal di atas, saya pertama kali mempelajari aturan-aturan ini pada tahun 1980, mengambil kelas Tektronix yang hanya ditawarkan kepada karyawannya. Kelas ini dimaksudkan untuk mengajarkan penyusunan elektronik kepada orang-orang yang bukan insinyur elektronik, tetapi sebagai gantinya akan dilatih secara memadai untuk membantu menyusun skema untuk manual mereka.

Yang menyenangkan tentang aturan ini adalah Anda tidak harus menjadi ahli untuk mengikutinya. Dan jika Anda mengikuti mereka, bahkan hampir secara membabi buta, skema yang dihasilkan benar-benar lebih mudah untuk diketahui.

Aturannya adalah:

• Atur skematis sehingga arus konvensional tampak mengalir dari atas ke bagian bawah lembar skematik. Saya suka membayangkan ini sebagai semacam tirai (jika Anda lebih suka konsep yang lebih statis) atau air terjun (jika Anda lebih suka konsep yang lebih dinamis) dari muatan bergerak dari ujung atas ke ujung bawah. Ini adalah semacam aliran energi yang tidak melakukan pekerjaan yang berguna dengan sendirinya, tetapi menyediakan lingkungan bagi pekerjaan yang bermanfaat untuk diselesaikan.
• Atur skematis sehingga sinyal bunga mengalir dari sisi kiri skematis ke sisi kanan. Input pada umumnya akan berada di sebelah kiri, output umumnya akan di sebelah kanan.
• Jangan "bus" di sekitar. Singkatnya, jika sebuah lead komponen menuju ke ground atau beberapa rel tegangan lainnya, jangan gunakan kabel untuk menghubungkannya ke lead komponen lain yang juga menuju ke rail / ground yang sama. Sebaliknya, cukup tunjukkan nama simpul seperti "Vcc" dan berhenti. Kekuatan busing sekitar pada skema hampir dijamin untuk membuat skema kurang dimengerti, tidak lebih. (Ada kalanya profesional perlu mengkomunikasikan sesuatu yang unik tentang bus tegangan ke profesional lain. Jadi ada pengecualian pada aturan ini. Tetapi ketika mencoba memahami skema yang membingungkan, situasinya tidak seperti itu dan argumen seperti itu "oleh para profesional, untuk para profesional" masih gagal di sini. Jadi, jangan lakukan itu.) Yang ini butuh waktu untuk dipahami sepenuhnya. Ada kecenderungan kuat untuk ingin menunjukkan semua kabel yang terlibat dalam menyolder sirkuit. Tahan kecenderungan itu. Idenya di sini adalah bahwa kabel perlumembuat sirkuit bisa mengganggu. Dan sementara mereka mungkin diperlukan untuk membuat sirkuit bekerja, mereka TIDAK membantu Anda memahami sirkuit. Bahkan, mereka melakukan sebaliknya. Jadi lepaskan kabel seperti itu dan tunjukkan koneksi ke rel dan berhenti.
• Cobalah untuk mengatur skema sekitar kohesi . Hampir selalu mungkin untuk "memisahkan" skema sehingga ada simpul komponen yang terhubung erat, masing-masing ke yang lain, dipisahkan kemudian oleh hanya beberapa kabel pergi ke simpul lainnya . Jika Anda dapat menemukan ini, tekankan dengan mengisolasi simpuldan berfokus pada menggambar masing-masing dengan cara yang bermakna, pertama. Jangan pernah berpikir tentang keseluruhan skema. Fokus saja untuk mendapatkan setiap bagian yang kohesif "terlihat benar" dengan sendirinya. Kemudian tambahkan kabel cadangan atau beberapa komponen yang memisahkan "divisi alami" ini dalam skema. Ini akan cenderung untuk secara ajaib menemukan fungsi-fungsi berbeda yang lebih mudah dipahami, yang kemudian "berkomunikasi" satu sama lain melalui koneksi yang relatif lebih mudah dipahami di antara mereka.

---

Berikut adalah contoh dari tahap penguat CE yang kurang mudah dibaca. Ini sedikit lebih dari diagram pengkabelan daripada skema. Lihat apakah Anda dapat mengatur untuk mengenali bahwa ini adalah standar BJT tunggal, bootstrap, penguat CE yang relatif standar:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Berikut ini contoh yang lebih mudah dibaca dari sirkuit yang sama. Di sini, meskipun merupakan desain bootstrap (yang terlihat lebih jarang), Anda dapat mengenali topologi dasar CE dan mulai memilih persamaan dan perbedaan yang lebih baik:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Perhatikan bahwa saya sudah mencabutnya dari catu daya dan kabel bus darat. Sebagai gantinya, saya hanya mencatat bahwa titik akhir tertentu melekat pada satu atau yang lain dari power suppy (+) rail atau ground. Untuk seseorang yang menggunakan kabel ini, ini tidak membantu karena mereka mungkin kehilangan koneksi yang mereka butuhkan. Tetapi bagi seseorang yang mencoba memahami sirkuit, detail-detail koneksi hanya menghalangi.

Perhatikan juga bahwa saya telah mengatur sirkuit baru dengan hati-hati sehingga arus konvensional mengalir dari atas ke bawah ke arah bawah. Gagasan umum adalah membayangkan ini sebagai semacam "tirai" aliran elektron (bawah ke atas) atau muatan positif dari atas ke bawah (konvensional.) Bagaimanapun, itu seperti gaya gravitasi yang menyebabkan tirai menggantung dari atas ke bawah.

Mengalir melalui tirai arus atas ke bawah ini, sinyalnya beralih dari kiri ke kanan. Ini juga sangat membantu bagi orang lain yang mencoba memahami sirkuit.

Gabungan, detail-detail ini membantu mengarahkan pembaca.

$C_1$$C_2$$R_6$$C_1$$R_4$$C_2$$R_6$

Tata letak asli di atas (yang membingungkan) akan sangat menghalangi kemampuan untuk membidik pada aspek bootstrap (yang mungkin, atau mungkin belum akrab.) Tapi setidaknya ini berarti ada jauh lebih sedikit untuk fokus dan mencoba dan memahami , jika tidak terbiasa. (Skema pertama akan membuat semua ini hampir seluruhnya tanpa harapan sejak awal.)

Ini mungkin bukan contoh terbaik, tetapi setidaknya itu menunjukkan beberapa alasan mengapa hal ini membantu untuk menghindari kabel yang hanya menyumbat daya sekitar dan mengapa penting untuk mengatur skema dengan aliran spesifik dari arus konvensional dari atas ke bawah dan untuk sinyal mengalir dari kiri ke kanan.

Contoh yang lebih baik (belum disediakan) akan mencakup sirkuit yang lebih kompleks (seperti yang untuk LM380.) Ini akan membantu menggambarkan simpul kelompok sirkuit yang dapat diatur ke dalam bagian yang terpisah (terjalin lebih erat dalam diri mereka sendiri, tetapi berkomunikasi dengan bagian lain melalui rangkaian sinyal komunikasi yang lebih jarang.) Jadi saya akan mengakhiri ini dengan memasukkan skema LM380 yang terbagi dengan baik untuk menggambarkan hal itu:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

$\pi$

Coba dan bayangkan bagaimana rasanya membaca ini seandainya catu daya dan rel tanah semuanya terhubung dengan kabel tambahan dan / atau tanpa pengaturan aliran arus pada halaman.

Dalam pekerjaan pertama saya pada tahun 1975 di Bristol Aerospace (sekarang Magellan) kami memiliki penerbangan yang baik dan juru gambar yang memenuhi syarat NASA, tetapi orang terus membuat gambar ukuran D dan E sehingga microfiche tidak akan membuat titik-titik palsu dari pengaburan optik, jadi saya harus meyakinkan dia untuk gunakan ukuran A, B, dan C maksimum dengan mengkondensasikan celah simbol dan mengurangi ukuran font. Karena saya sering harus bekerja dengan 20 halaman sekaligus.

Dalam pekerjaan saya berikutnya, juru gambar kami adalah seorang ilustrator yang dapat mengubah gambar berkepadatan tinggi yang berantakan pada serbet kertas menjadi karya seni yang indah dan dapat dibaca dalam hitungan jam, bukan hari (seperti diagram blok setiap chip pada motherboard). Dia berakhir di pekerjaan keempat saya juga dan merupakan juru gambar terbaik yang kami miliki, sama seperti apa yang akan dilihat dari Tektronix, HP dan Hitachi.

Ya, mereka menggunakan templat simbol.

Pada pertengahan 1970-an ketika kami merancang sistem dengan sekitar 40 PCA kami tidak memiliki alat simulasi dan tidak ada toko PCB quickturn dan tidak ada alat tata letak yang layak. Jadi kami menggambarnya pada grid skala 4x Mylar dengan pensil warna untuk lebar jalur kode G dan mengirimkannya ke Toronto untuk digitalisasi optik. Plot-checkplots dikirim kembali dalam seminggu untuk persetujuan dan kemudian naik dalam dua minggu.

Itu tahun 1976. Maju cepat 15 tahun kemudian; Saya membuat alat foto di percetakan litograf dari EE desain pada hari yang sama dan papan dua sisi siap pada hari berikutnya. Untuk papan Getek dan FPC enam lapis, saya mendapat tiga kutipan dalam satu jam hanya menggunakan tabel angka tanpa file Gerber dan memiliki papan prototipe (10) dikirim dalam 48 jam hingga satu minggu tergantung pada urgensi $ xK.

Saya melakukan hal yang sama untuk perisai kuningan kaleng bertitik setengah garis bertitik untuk perisai radio 1 GHz untuk prototipe dan membuat mereka secara lokal dalam dua hari menggunakan fototool dua sisi yang dikirim. Kemudian panel memiliki tab yang memisahkan sisi dalam dan dapat dirakit dan disolder ke papan dalam beberapa menit menggunakan alat solder daya tinggi atau obor mikro-propana untuk dinding dengan tutup dilipat dilepas (sekitar pertengahan 1990-an).

Berikut ini diagram skema & blok simpanan 4,5 GHz dari jurnal HP untuk instrumen yang kami beli pada tahun 1976 dengan resolusi 1 Hz:

Ketika saya bertanya kepada OPs atau pengguna untuk spesifikasi, saya berharap mereka akan belajar untuk memiliki detail seperti ini dan membagikan yang relevan. Namun seringkali mereka tidak menyadari perlunya spesifikasi yang baik untuk membuat desain yang baik.

Maju Cepat ke 1985 dengan Spectrum Analyzer SA492 TEKTRONIX ini. Ini mungkin hanya 1% dari keseluruhan skema dan dikerjakan dengan mudah untuk dipahami dan manualnya secara hierarkis seperti PADS DWG's dilakukan.

Ini adalah salah satu model terbaik untuk mengikuti skema elektronik dan perancang yang memilih REFDES untuk kemudahan penempatan dari papan ke skema. Simbol tanah bumi penting di sini karena desain pelindungnya tidak seperti simbol segitiga yang sering mengabaikan kebisingan. Kemudian saya akan memposting tautan manual 32MB dari dropbox saya. Perancang Logika Mode Terkini Saat Ini (ECL) akan mengenali latensi sub nano kedua dan waktu naik logika di sini. Pengguna LDO harus memperhatikan filter RLC yang diperlukan pada input untuk aplikasi RF.

Selain templat ada mesin pembuat ...

dan sistem huruf Leroy dipatenkan pada tahun 1925.

Seorang amatir juga bisa menghasilkan PCB yang bagus menggunakan beberapa paket tipis dari toko setempat. Tidak diperlukan meja penyusunan atau persediaan mahal lainnya.

Anda dapat membeli pita yang merupakan (skala) lebar jejak, bersama dengan stiker yang menanggung pembalut dan semacamnya. Ini ditempatkan di atas dasar plastik bening, dan baik digunakan secara langsung sebagai cetak kontak untuk paparan foto papan (khas untuk rumah), atau dikurangi melalui kamera terlebih dahulu jika Anda harus bekerja pada skala yang lebih besar.

Rekaman itu dipotong dengan pisau eksak.

Stensil plastik untuk huruf dan simbol, pena gambar tinta India, papan gambar dengan penggaris. Ada juga penguasa fleksibel untuk kurva, atau "set kurva", penguasa plastik dengan bentuk kurva apa pun yang bisa dibayangkan. Saya masih menyimpannya, bersama penggaris geser saya untuk perhitungan. Sudah tidak menggunakannya dalam beberapa dekade, tentu saja.

Baik stensil dan pena datang dengan lebar garis yang berbeda. Setelah menggambar setiap item, Anda harus menunggu tinta mengering sebelum memindahkan stensil, jika tidak, tinta akan merusak dan merusak pekerjaan sehari.

Penjawab lain fokus pada apa yang tidak diragukan lagi praktik terbaik industri.

Tetapi tidak ada diskusi tentang diagram pra-CAD yang lengkap tanpa referensi ke Diagram Buruk Horowitz dan Hill (Seni Elektronik, Cambridge University Press, 1980), dan panduan yang menyertainya.

Ini direproduksi, dengan persetujuan penulis, di http://opencircuitdesign.com/xcircuit/goodschem/goodschem.html

Saya belum melihat edisi pasca-CAD buku ini, tetapi diagram masih merupakan lampiran dalam edisi saat ini. https://artofelectronics.net/the-book/table-of-contents/