Område 1 · lektion 4

Kopplingsschema

Ett schema är inte en bild av kopplingen. Det är en karta över vad som hänger ihop med vad, medvetet befriad från allt annat. Att läsa det är en av kursens fem förmågor, och den bedöms.

Mål

När du är klar kan du:

• känna igen symbolerna för spänningskälla, motstånd, lysdiod, strömbrytare, jord och knutpunkt,
• läsa ett enkelt schema och räkna ut strömmen i det utan att bygga något,
• bygga en koppling efter ett schema, utan en bild att härma,
• rita av en befintlig koppling som schema, med komponentbeteckningar och värden,
• säga vad schemat medvetet inte visar, och varför det är en styrka.

Genomgång

Symbolerna

Sex symboler räcker för allt du bygger i det här området. De följer den europeiska standarden, som är den du möter i svenska ritningar.

Symbolerna i tur och ordning, med den beteckning komponenten får i schemat:

• Spänningskälla – ett långt och ett kort streck. Det långa strecket är plus. Här 5 V eller ett batteri.
• Motstånd – betecknas R och mäts i ohm. Första motståndet i ett schema heter R1, nästa R2.
• Lysdiod – betecknas D, som i diod, och har riktning.
• Strömbrytare – betecknas S och ritas alltid i sitt viloläge. I figuren är den ritad öppen, alltså bruten.
• Jord – kretsens nollpunkt, 0 V. Den punkt alla andra spänningar räknas ifrån. Har ingen beteckning, eftersom det bara finns en av den.
• Knutpunkt – här möts trådarna och hänger ihop.

Två av dem behöver en kommentar direkt.

Lysdioden har riktning. Triangeln pekar åt det håll strömmen får gå, och strecket den pekar mot är minussidan, katoden. På den verkliga komponenten är katoden det korta benet och den plattade kanten på kapseln. Vänd fel lyser den inte alls.

Knutpunkten avgör allt. Två ledningar som korsas på papperet hänger inte ihop om det inte sitter en fylld prick i korsningen. Utan prick springer den ena bara förbi den andra. Det här är den enda symbolen som betyder något genom sin frånvaro, och det är därför den missas.

Läsriktning

Scheman ritas efter en konvention som gör dem läsbara utan förklaring:

• Den högsta spänningen ligger överst, jord ligger nederst. Blicken följer strömmen nedåt.
• Signalen går från vänster till höger: insignal till vänster, styrning i mitten, utsignal till höger. Det blir tydligare i område 2, när en styrenhet kommer emellan.
• Varje komponent har en beteckning – R1, D1, S1 – och ett värde. Beteckningen gör att den går att prata om, värdet gör att den går att köpa.
• Alla jordsymboler i ett schema är samma punkt, även om de ritas var för sig och aldrig förbinds med en linje. Det är en förkortning som håller ritningen ren, och den kostar ett vanligt fel – se längst ner på sidan.

Ett schema läst

Här är kretsen från förra guiden, ritad som schema. Läs den innan du läser texten under.

Räknat exempel. Schemat räcker för att räkna ut strömmen utan att bygga något. Lysdioden tar 2,0 V, källan ger 5,0 V, alltså ligger resten över R1:

U = 5,0 V − 2,0 V = 3,0 V

I = U / R = 3,0 V / 150 Ω = 0,020 A = 20 mA

Det är hela poängen med ett schema. Du kan säga vad kretsen kommer att göra innan en enda komponent tagits fram, och du kan därför upptäcka ett fel medan det bara kostar ett suddgummi.

Räknat exempel 2: två lysdioder i serie. Rita om schemat med ytterligare en röd lysdiod i samma slinga. De tar 2,0 V var:

U över lysdioderna = 2,0 + 2,0 = 4,0 V

U över motståndet = 5,0 − 4,0 = 1,0 V

R = 1,0 / 0,020 = 50 Ω → närmaste E12 uppåt är 56 Ω

Med 56 Ω blir strömmen 1,0 / 56 = 0,0179 A, alltså 18 mA. Kretsen fungerar, men marginalen är tunn: sjunker matningen till 4,7 V ligger bara 0,7 V över motståndet, och strömmen faller till 0,7 / 56 = 0,0125 A = 12,5 mA. Två lysdioder i serie från 5 V är alltså känsligt för hur bra matningen är. Tre går inte alls, eftersom 3 · 2,0 = 6,0 V är mer än källan har. Det ser du direkt i schemat, och aldrig genom att prova.

Vad schemat inte visar

Ett schema utelämnar avsiktligt nästan allt fysiskt:

• Var komponenterna sitter. Två komponenter som ritas bredvid varandra kan sitta i var sin ände av bygget.
• Hur långa ledningarna är, eller vilken väg de tar. En linje i schemat kan vara en millimeter kopparfolie eller tre meter kabel.
• Kopplingsdäckets rader. Schemat säger att två punkter hänger ihop, inte i vilket hål du ska sätta tråden.
• Komponenternas storlek och utseende, och hur de fästs mekaniskt.

Det låter som brister. Det är motsatsen. Just för att schemat inte visar det fysiska går samma schema att bygga på ett kopplingsdäck, på ett kretskort eller i en skåpsvägg, och det förblir läsbart. Behöver du dessutom visa det fysiska ritar du en kopplingsbild vid sidan av – två ritningar med olika uppgifter, aldrig en som försöker vara båda.

Rita av en koppling

Att gå åt andra hållet, från bygge till schema, är svårare och nyttigare. Arbetsgången:

1. Hitta de två punkterna som är plus och minus. Rita dem först, plus överst.
2. Följ en ledare i taget från plus. Rita komponenten du kommer till, ge den en beteckning, och läs av värdet.
3. Fortsätt tills du är tillbaka vid minus. Då har du en sluten slinga.
4. Finns fler slingor – en gren som delar sig – rita in en knutpunkt där de möts och följ den nya slingan på samma sätt.
5. Kontrollera till sist att varje komponent i bygget också finns på papperet. Det är den kontrollen som fångar den tråd du glömde.

I industrin och i vardagen

I industrin: ett styrskåp levereras med en pärm scheman, och den pärmen är värd mer än skåpet. Symbolerna följer standard, varje komponent har en beteckning som också är intryckt på plasten inne i skåpet – K1 är samma kontaktor på ritningen som i verkligheten – och varje ledare är märkt med samma nummer i båda ändar. En elektriker som aldrig sett maskinen kan därför felsöka den, och en elektriker i ett annat land kan läsa ritningen utan att kunna språket. Det är standardiseringen som gör det, inte ritarens skicklighet.

I vardagen: kopplingsanvisningen som följer med en taklampa är ett schema. Tre streck märkta L, N och PE, och en bild av kopplingsplinten. Den visar inte var i taket lampan ska sitta, hur lång sladden är eller vilken färg kupan har – och just därför fungerar samma lilla papper till alla lampor i sortimentet. Samma sak med schemat på insidan av proppskåpets lucka: det säger vilken säkring som hör till vilket rum, ingenting om husets planlösning.

Prova själv

Två övningar, en åt varje håll.

Åt schemahållet. Bygg kretsen från förra guiden på däcket – 5 V, ett motstånd, en lysdiod – och rita sedan av den som schema på papper. Sätt ut R1 och D1, skriv motståndets värde, och rita jordsymbolen på den ledning som går tillbaka till minus.

Åt byggehållet. Täck över kopplingen med en bok. Bygg om den från ditt eget schema, utan att titta på originalet. Fungerar den, är schemat läsbart. Fungerar den inte, saknas något på papperet – och det är den upptäckten som är övningen.

Kontrollfrågor

Vanliga fel

• Den gemensamma nollan glöms bort. Det här är felet som kostar flest kvällar i hela kursen, och det börjar just i schemat. Två jordsymboler på papperet ser ut som två skilda saker, men de är en och samma punkt. När du sedan bygger med två strömkällor – ett batteri till ena halvan, USB till andra – drar du plus till båda och glömmer tråden mellan deras minuspoler. Utan den finns ingen gemensam nollpunkt, och då finns ingen definierad spänning att jämföra med. Signalerna blir obegripliga, kretsen fungerar ryckigt eller inte alls, och ingenting ser trasigt ut. Regeln: allt som ska prata med varandra måste dela nolla. Kontrollera det först, alltid.
• Korsande ledningar läses som ihopkopplade. Du ser två linjer mötas, tolkar det som en förbindelse och kopplar en tråd som inte ska finnas. Titta efter pricken innan du drar tråden.
• Lysdioden byggs åt fel håll. På schemat pekar triangeln mot strecket. På komponenten är strecksidan det korta benet och den plattade kanten. Vänd fel händer ingenting alls, och det ser ut precis som ett brott i kretsen.
• Värdena skrivs inte ut. Ett schema med R1 men utan 150 Ω går inte att bygga efter, och det duger inte i dokumentationen. Beteckning och värde hör ihop.
• Kopplingsdäcket ritas i stället för schemat. Du ritar hålen och de färgade trådarna som de faktiskt ligger. Det är en kopplingsbild, inte ett schema, och den är svår att läsa för alla utom dig själv. Rita gärna båda, men rita dem som två olika ritningar.
• Schemat är rätt men bygget kortsluts på däcket. Schemat säger att motståndets båda ben ska sitta på var sin punkt. Sätts de i samma femhålsgrupp är motståndet överbryggat, och kretsen beter sig som om det inte fanns. Se kopplingsdäckets fällor.

Vidare

Nu har du allt du behöver. Bygge 0 – lysdioden sätter ihop de fyra guiderna: du räknar med Ohms lag och effektformeln, ritar schemat, bygger efter det, och mäter efter för att se om verkligheten höll med.

Efter bygge 0 börjar område 2, och då kommer koden. Då blir språkreferensen användbar.