TikZ从零开始（二）——实例之电路图绘制

1. 从受力分析到电路图：为什么选择TikZ？

上次我们用TikZ画了一个漂亮的受力分析图，解决了用普通绘图软件时角度标注不精准、线条不标准的问题。画完给队友看，他那个用WPS画的图瞬间就不香了。很多朋友看了之后问我：“这个TikZ看起来挺厉害的，除了画物理示意图，还能干点别的吗？比如我们电子专业的电路图？”

当然可以！而且我敢说，TikZ画电路图，那才是真正发挥它威力的地方。你可能用过一些电路仿真软件自带的绘图工具，或者专门的电路图软件，它们确实方便，但很多时候你会发现，想画一个符合论文排版风格、线条清晰、标注美观、并且能无缝嵌入到LaTeX文档里的电路图，并不那么容易。要么导出的图片分辨率不够，要么字体和文档不匹配，调整起来特别麻烦。

TikZ画电路图，最大的好处就是“原生”。你的电路图就是一段代码，它本身就是你LaTeX文档的一部分。你想改一个电阻值？直接改代码里的标签文字。你想调整元件位置？改一下坐标参数就行。你想统一所有连线的粗细和颜色？一个样式定义就全部搞定。更重要的是，它输出的矢量图，无论你怎么缩放，都清晰得不得了，打印出来效果一流。

我自己在读博期间写论文，所有的电路示意图都是用TikZ完成的。一开始也觉得写代码麻烦，不如用鼠标拖拽来得快。但画过几个图之后，我就再也回不去了。尤其是当导师让我反复修改电路结构，调整了七八个版本之后，我只需要在代码里复制粘贴、微调坐标，几分钟就搞定。而实验室里用Visio画图的同学，每次修改都像是在重画，效率高低立判。

所以，如果你经常需要制作电子工程文档、实验报告、教材讲义，或者学术论文，里面包含大量的电路示意图，那么花点时间学习用TikZ来画，绝对是一笔超值的投资。接下来，我们就抛开那些复杂的电路仿真软件界面，直接用代码，从画一根导线、一个电阻开始，搭建起属于你自己的电路图世界。

2. 准备工作：加载强大的circuitikz宏包

想用TikZ画电路图，我们得请出一位“专业外援”——circuitikz宏包。TikZ本身是个“万能绘图工具箱”，而circuitikz则是这个工具箱里专门为电子工程师准备的一套“精密电工器具”。它预先定义好了几十种标准的电路元件符号，比如电阻、电容、电感、电源、晶体管、运放等等，我们直接调用就行，不用再从基本的线条和形状开始拼凑。

首先，你需要在你的LaTeX文档导言区（就是\documentclass之后，\begin{document}之前）加载这个宏包。

\documentclass{article}
\usepackage{tikz}
\usepackage{circuitikz} % 这就是我们的主角
\begin{document}
% 你的文档内容
\end{document}

注意，circuitikz宏包会自动加载tikz，所以你理论上只写\usepackage{circuitikz}也行。但为了清晰，我习惯两个都写上。加载之后，你就可以在tikzpicture环境里使用所有电路元件命令了。

circuitikz提供了丰富的全局选项来定制你的电路图风格，这在文档开头用方括号设置。这里我分享几个最常用、最能影响最终效果的选项：

\usepackage[european, siunitx]{circuitikz}

• european / american： 这是选择元件符号的标准。european（欧洲标准）的电阻画成一个矩形，而american（美国标准）的电阻是锯齿形。电容、电感等符号也有细微差别。国内教材和论文比较常用欧洲标准，看起来更简洁，我们后续例子也用它。
• siunitx： 这是一个强烈建议启用的选项。它让你可以用\ohm, \farad, \henry等命令来漂亮地输出单位符号（Ω, F, H），而不是直接打“Ohm”这样的文字。配合\si{}命令，标注像$R = 1\kilo\ohm$这样的参数会非常专业。

设置好环境，我们就可以动手画了。我建议你一开始创建一个简单的测试文档，把下面每个例子都复制进去编译看看效果。遇到报错别慌，多半是拼写错误或者少了个括号。LaTeX的报错信息有时候不太友好，但养成仔细检查代码的习惯，本身就是学习的一部分。

3. 绘制基础无源元件：电阻、电容与电感

万事开头难，我们就从电路里最常见的三个小伙伴开始：电阻（R）、电容（C）、电感（L）。在circuitikz里，画它们简单到不可思议。

3.1 画一个电阻并连接导线

最基本的命令是\draw，我们用它来“画”出元件和连线。画一个电阻的代码如下：

\begin{tikzpicture}
    \draw (0,0) to[R, l=$R_1$, o-] (2,0);
\end{tikzpicture}

编译后，你会得到一条水平线，中间有一个矩形（欧洲标准电阻），上面标着R1，左边起点处有一个小圆圈（代表连接点）。我们来拆解一下这条命令：

• (0,0) 和