Cách đọc sơ đồ nguyên lý: ký hiệu linh kiện, nút, đất và tên chân

Cách đọc sơ đồ nguyên lý cho người mới: bảng ký hiệu linh kiện, chữ đặt tên R, C, Q, U, cách ghi giá trị 4k7, 104, nút nối, dây chéo, nhãn tên, nguồn và đất, đọc thử sơ đồ module relay.

Sơ đồ nguyên lý là "ngôn ngữ chung" của người làm điện tử: datasheet, tài liệu module, bài hướng dẫn đều trình bày mạch bằng sơ đồ nguyên lý. Đọc được sơ đồ là hiểu được mạch làm gì, lắp lại được, và tìm được chỗ hỏng. Bài viết giới thiệu sơ đồ nguyên lý khác sơ đồ lắp ráp thế nào, bảng ký hiệu các linh kiện thường gặp, cách đặt tên và ghi giá trị linh kiện, các quy ước về nút nối, dây chéo, nhãn tên, nguồn và đất, rồi đọc thử sơ đồ của một module relay bán sẵn.

1. Sơ đồ nguyên lý khác sơ đồ lắp ráp thế nào

• Sơ đồ nguyên lý chỉ cho biết linh kiện nào nối với linh kiện nào, dùng ký hiệu chuẩn. Nó không nói linh kiện nằm ở đâu, dây dài bao nhiêu. Một sơ đồ nguyên lý dùng được cho mọi cách lắp: breadboard, mạch hàn tay, mạch in.
• Sơ đồ lắp ráp (hình breadboard, hình đi dây) chỉ đúng vị trí từng chân trên một tấm breadboard hay một module cụ thể. Dễ làm theo cho người mới, nhưng rối khi mạch lớn và không giúp hiểu mạch.
• Sơ đồ khối chỉ vẽ các khối chức năng (nguồn, vi điều khiển, cảm biến) và mũi tên tín hiệu; bản vẽ mạch in (layout) là hình các đường đồng trên tấm mạch.

Người mới thường bắt đầu từ sơ đồ lắp ráp, nhưng nên tập đọc sơ đồ nguyên lý càng sớm càng tốt: từ bài 9 trở đi, phần lớn mạch trong loạt bài được vẽ bằng sơ đồ nguyên lý.

2. Ký hiệu linh kiện thường gặp

• Có hai kiểu ký hiệu điện trở: hình chữ nhật (chuẩn IEC, hay gặp ở châu Âu, châu Á) và răng cưa (chuẩn Mỹ). Hai kiểu như nhau, gặp kiểu nào cũng nên đọc được.
• Với diode và LED, tam giác chỉ chiều dòng điện thuận (từ anode sang cathode); vạch ngang là cathode. Tụ phân cực có dấu + hoặc bản cong ở cực âm.
• Ký hiệu chỉ cho biết loại linh kiện. Mã cụ thể (1N4007, S8050, LM358) và giá trị ghi ngay cạnh ký hiệu.

Mỗi linh kiện trên sơ đồ có một tên gồm chữ cái và số thứ tự. Tên này cũng được in trên mạch in (lớp chữ trắng), nên nhìn mạch thật là tìm được linh kiện tương ứng trên sơ đồ.

3. Cách ghi giá trị trên sơ đồ

Sơ đồ hay viết gọn giá trị, đặt chữ cái tiền tố vào vị trí dấu thập phân để khỏi nhầm khi bản in bị mờ dấu phẩy:

Điện trở thường không ghi chữ Ω: "330" trên sơ đồ là 330 Ω, "10k" là 10 kΩ.

4. Nút nối, dây chéo, nhãn tên, nguồn và đất

• Nút là mọi điểm nối với nhau bằng dây, không có linh kiện xen giữa; cả nút có cùng một điện áp. Một chấm tròn đánh dấu chỗ các dây nối với nhau.
• Hai dây cắt nhau mà không có chấm là hai dây không nối. Sơ đồ cẩn thận thường tránh chỗ giao bốn nhánh có chấm, mà tách thành hai chỗ nối chữ T, cho khỏi nhầm khi bản in nhòe.
• Nhãn tên (net label) như SDA, SCL, TX, RX: các dây mang cùng nhãn là cùng một nút, dù không vẽ dây nối. Sơ đồ lớn dùng nhãn để khỏi vẽ dây chạy khắp trang.
• Ký hiệu đất (GND) và ký hiệu nguồn (VCC, 5V, 3V3) cũng là nhãn: mọi ký hiệu GND trên một sơ đồ là cùng một nút 0 V; mọi ký hiệu "5V" là cùng một đường 5 V. Khi ghép hai mạch (ESP32 và module cảm biến), GND của hai bên phải nối chung.

Thêm vài quy ước bố cục giúp đọc nhanh: nguồn dương thường ở phía trên, đất ở phía dưới; tín hiệu đi từ trái sang phải (đầu vào bên trái, đầu ra bên phải). IC được vẽ thành khối chữ nhật có tên chân, sắp theo chức năng chứ không theo vị trí chân thật; chân nguồn của IC logic, op-amp đôi khi được giấu đi và chỉ ghi trong ghi chú.

5. Đọc thử sơ đồ một module relay

Nhiều module relay có mạch giống hình trên (một số loại dùng thêm optocoupler hoặc kích mức thấp). Đọc theo thứ tự các số:

1. Đầu vào IN qua R1 1 kΩ vào base của Q1. R1 giới hạn dòng từ chân GPIO (bài 19 hướng dẫn tính).
2. Q1 là transistor NPN làm công tắc: IN ở mức cao thì Q1 dẫn, nối cực C xuống GND.
3. K1 là cuộn dây relay, một đầu ở 5 V, một đầu ở cực C. Q1 dẫn thì cuộn có dòng, nam châm hút tiếp điểm.
4. D1 nối ngược song song với cuộn (cathode lên VCC). Khi Q1 ngắt, cuộn dây sinh điện áp ngược rất cao; D1 dập điện áp này để bảo vệ Q1 (bài 15).
5. D2 và R2 là đèn báo: cũng nối từ 5 V xuống cực C, nên sáng khi relay đang hút.
6. Tiếp điểm COM, NO (thường hở), NC (thường đóng) nằm ở phía tải, không có dây nào nối sang phía điều khiển: đó là chỗ relay cách ly ESP32 với tải.

Chỉ qua một sơ đồ nhỏ đã thấy: module cần nguồn 5 V cho cuộn dây, chân IN chỉ cần dòng nhỏ, và đèn báo cho biết trạng thái cuộn dây chứ không cho biết tải có điện hay không.

6. Các bước đọc một sơ đồ lạ

1. Tìm nguồn và đất: các ký hiệu VCC, 5V, 3V3, GND, đầu nối nguồn. Biết mạch chạy ở điện áp nào.
2. Tìm linh kiện chính (IC, transistor, relay) và tra datasheet nếu chưa biết.
3. Tìm đầu vào và đầu ra: đầu nối, nhãn tên, chân nối ra ngoài.
4. Chia sơ đồ thành khối: khối nguồn, khối điều khiển, khối công suất, khối hiển thị. Đọc từng khối.
5. Với mỗi linh kiện phụ (điện trở, tụ, diode), hỏi: nó nối giữa hai nút nào, để làm gì (hạn dòng, kéo lên, lọc nhiễu, bảo vệ).

7. Tự kiểm tra

1. Trên sơ đồ ghi "R7 4k7" nghĩa là gì? (Đáp án: điện trở thứ 7, giá trị 4,7 kΩ.)
2. Hai dây cắt nhau không có chấm thì có nối với nhau không? (Đáp án: không.)
3. Trong sơ đồ module relay ở mục 5, nếu D1 bị hỏng hở mạch thì linh kiện nào dễ hỏng theo? (Đáp án: transistor Q1, vì điện áp ngược của cuộn dây không còn được dập.)

8. Xem thêm

• Hướng dẫn ESP32 điều khiển module relay 4 kênh: đọc chân IN kích mức cao hay mức thấp.
• Mạch tạo trễ NE555 có relay: một sơ đồ khác có IC, tụ và biến trở.
• Các bài tiếp theo của loạt điện tử căn bản: đồng hồ vạn năng; breadboard, dây cắm và hàn linh kiện.