Cómo interpretar un esquema en términos de entrada/salida

Question

Soy programador que estudia electrónica por hobby (pero uno serio, no sólo por diversión). Considero que tengo un conocimiento razonable de la electrónica digital. Por ejemplo, ya he descrito procesadores, GPUs simples, tarjetas de red, controladores de RAM, etc. en VHDL y luego en una FPGA. En cuanto a la electrónica digital, este es el tipo de conocimiento que tengo hasta ahora.

Ahora, quiero mejorar mis conocimientos en electrónica analógica. Hasta ahora he estudiado: transistores, amplificadores bjt, opamps, circuitos RLC, filtros pasivos y activos, fuentes lineales simples y algunos CIs clásicos como el 555 por ejemplo.

Pero lo que todavía me falta es la capacidad de leer y entender un esquema de un circuito anológico en el siguiente sentido: cuando veo un esquema de un circuito digital, es fácil identificar dónde están las entradas y las salidas, cómo fluyen los datos a través del circuito y cómo cada etapa transforma la señal de entrada. Por ejemplo, la siguiente imagen es fácil de razonar en términos de entradas y salidas.

Pero cuando leo un esquema de un circuito analógico, no puedo, todavía, dividir el esquema en bloques/partes por mí mismo incluso con un estudio cuidadoso. Por ejemplo, el siguiente esquema (un SPMS):

Debido a las muchas conexiones en serie y en paralelo y a que la corriente puede fluir en ambas direcciones en algunas partes de los circuitos, es difícil razonar en términos de entrada y salida.

Así que esta es mi pregunta: ¿hay alguna manera de leer e interpretar los esquemas de los circuitos analógicos en términos de entrada/salida de la misma manera que es posible hacerlo con los esquemas digitales (puertas lógicas, por ejemplo)? ¿O para los circuitos analógicos hay otra forma de razonar sobre el circuito? En otras palabras: ¿existe una forma sistemática, una forma algorítmica, de leer e interpretar los esquemas analógicos o cada circuito requiere un análisis ad-hoc? ¿Existe una abstracción que utilicen los ingenieros eléctricos?

Lo que he intentado hasta ahora: razonar sobre un circuito usando la abstracción de las señales; intentar dividir un circuito en términos de buffers (por la impedancia de entrada/salida) pero esto no ha funcionado bien hasta ahora porque: no todos los circuitos tienen buffers o trabajan con señales. También he intentado dividir un circuito mirando primero los CI y luego los componentes discretos que lo rodean. Luego iba a la hoja de datos del CI y leía las instrucciones allí. Pero esto tampoco funcionaba en todos los casos porque no todos los circuitos tienen CI.

Mis objetivos son: dado un esquema, intentar identificar los bloques funcionales: filtros, amplificadores, etc. y; ser capaz de diseñar (para mí este es el objetivo más importante) esquemas de tal complejidad como el SPMS anterior. Así que para ambos casos necesito entender cómo se conecta una etapa con otra.

Le pido perdón si mi pregunta es un poco vaga. Como ya he dicho, soy programador, no ingeniero eléctrico y aún me faltan palabras clave y conceptos. Si es posible, por favor ayúdeme a mejorar mi pregunta.

Answer 1

Se trata de identificar patrones, y eso se consigue mirando los esquemas más sencillos y construyendo a partir de ellos. Por lo general, la gente elige los patrones de diseño de un conjunto bastante limitado de opciones, por lo que una vez que se reconocen algunos, se puede empezar a tener una idea de lo que hacen las partes del diseño. Después, puedes "ignorarlos" y concentrar tus esfuerzos en comprender las partes que no conoces.

A menudo encuentro un desafío en el diseño real del esquema. Por ejemplo, en tu esquema SMPS, está claramente hecho para encajar en un espacio rectangular, por lo que algunos patrones no están en su disposición de libro de texto. Practica, practica, practica, y pregunta aquí cuando necesites ayuda :)

Answer 2

El contexto al esquema le da la ruta inicial en el circuito.

Por ejemplo, has ilustrado un SMPS. Por definición, éste toma una entrada de energía y entrega una salida de CC regulada. Ahora tienes que escudriñar el esquema hasta encontrar las palabras "INPUT FILTER" (filtro de entrada) en la parte superior izquierda y "DC OUTPUT" (salida de corriente continua) en la parte superior derecha.

Dentro de ese circuito, habrá muchos bloques que, individualmente, tienen una entrada y una salida, y que se encadenan para realizar la función general. Aquí la identificación de las piezas es tu amiga, y después de buscarlas en Google unas cuantas veces, te acostumbrarás rápidamente a los números. El TL494 y el 78L05 son un controlador de modo conmutado y un regulador de voltaje de baja potencia, respectivamente. Si lees las hojas de datos de los mismos, te dirán qué hacen las piezas y cuáles son las funciones de los pines.

Los ejemplos que has elegido para lo digital frente a lo analógico son algo extremos. Si hubieras publicado el esquema de una MCU, con los buses que van entre la RAM y la ALU y los periféricos y ... ya tienes la idea general, sin entradas ni salidas obvias a menos que sepas lo que estás buscando. El equivalente analógico en complejidad para tu función lógica ABC estaría entre el TL494 y el 78L05. El equivalente SMPS sería el MCU.

Acostúmbrate a los números, utiliza google para las hojas de datos, descompón en bloques funcionales (como un periférico SPI), empieza de forma sencilla, y mucha, mucha práctica. Es perfectamente normal que te explote la cabeza cuando te metes en un campo nuevo.

Puede que tengas estudió opamps y 555s, pero ¿has construido ¿algo de ellos? La electrónica es realmente una disciplina práctica. Si no quieres conseguir una protoboard y un DMM, al menos juega con un simulador de circuitos. Yo leo los manuales de programación y creo que lo entiendo, pero no es hasta que tengo algo más allá de "Hola Mundo" funcionando que me doy cuenta de que no lo entendía, y ahora sí.

Answer 3

Supongo que buscas algún tipo de diagrama de flujo, algo que pueda ser evaluado por algún algoritmo, de principio a fin, como un programa de ordenador. Esperas que el esquema describa lo que hace la máquina. Pero el ingeniero eléctrico mira un esquema para ver cómo se construye la máquina. Utiliza la experiencia, el contexto y otros recursos para ver lo que hace y cómo funciona.

El "esquema de circuito" digital que proporcionas está un paso más allá de un esquema de circuito. ¿Dónde está la fuente de alimentación? ¿Qué tipo de CI utilizo? ¿Qué puertas hay en cada CI? ¿Cuáles son los números de los pines? ¿Y los condensadores de desacoplamiento? ¿Los conectores? ¿Protección ESD?

Nada dice que no puedan existir esquemas con un nivel de abstracción similar para los circuitos analógicos. Por ejemplo, aquí hay una radio definida por software muy básica:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Aquí hay otro, un Softrock Lite II :

La única diferencia es la cantidad de detalles presentes en el esquema. Uno de ellos divide el circuito en bloques funcionales con entradas y salidas claras. El otro ofrece una descripción completa de cada componente físico del circuito y de su conexión.

Has preguntado cómo interpretar los esquemas en términos de entrada y salida. Si es el tipo de esquema que muestra los bloques funcionales, es fácil.

Pero si es del tipo que muestra un circuito electrónico, generalmente no es posible. Un circuito electrónico es una máquina, como un reloj, un motor a reacción o un sacapuntas. El esquema es como un plano: te dice cómo construir la máquina, no lo que hace. El esquema no es un diagrama de flujo. Los componentes electrónicos no se ejecutan de uno en uno como las instrucciones de un programa de ordenador. Se ejecutan todos a la vez. Una línea en un esquema no está necesariamente conectada a una entrada en un extremo y a una salida en otro. No indica un flujo de información. Simplemente indica que dos partes se "tocan", eléctricamente hablando.