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電路圖的美與丑

2021/01/02
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電路圖是用于表達、設(shè)計、制作、調(diào)試電子系統(tǒng)的重要的工具。它是由電子元器件符號按照電子系統(tǒng)內(nèi)部實際連接關(guān)系按照一定規(guī)范繪制的。借助于標(biāo)準(zhǔn)化的電路圖,可以讓來自不同國家的電子工程師,即使他們的語言不通,但也能夠準(zhǔn)確無誤理解同一個電子設(shè)備的設(shè)計原理。

▲ 一個簡單電子時鐘的電路圖

早期的電路圖都是通過手工繪制的。為了便于電路繪圖員繪制電路,提高繪制效率,在上個世紀(jì) 80 年代,國際電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)將傳統(tǒng)的邏輯電路符號進行了統(tǒng)一修訂,去掉了邏輯門電路的外形曲線,只使用方框再配合符號來表達門電路的功能。

下圖左邊是傳統(tǒng)的邏輯門電路符號,右邊是 IEEE Standard 91-1984[1] 標(biāo)準(zhǔn)中定義的邏輯門電路符號。

▲ 兩種不同的邏輯電路表達方式

這種改動簡化了對繪圖工具的要求,提高了繪圖效率。改變后的標(biāo)準(zhǔn)后來被廣泛使用。

更早期的電子管電路圖也曾經(jīng)有過類似的簡化。在 1944 年,《RADIO CRAFT》雜志刊登過一篇文章:Are Radio Symbols Wrong?[2] 講述了 D.S.B  Shannon(英國人)提出對于傳統(tǒng)電子管電路圖的改動方案。

早期的電子管脫胎于電燈泡,所以繪制電子管的外形大都使用圓形、橢圓形來表示。內(nèi)部電極也分別使用線段、虛線、曲線、線圈來分別表示內(nèi)部的屏極、柵極、陰極、燈絲等等。

早期電路中的變壓器、互感器、電阻、電容也大都使用線圈、折線、弧形來表示,這與當(dāng)時元器件的工藝相符合。

下圖是一幅標(biāo)準(zhǔn)五管超外差電子管收音機的電路圖。

▲ 標(biāo)準(zhǔn)五管超外差電子管接收機

傳統(tǒng)電子管電路圖比較形象,容易辨識,但有一個缺點,那就是對于電路繪圖員來說比較麻煩。

為此,D.S.B Shannon 提出了一種新的電路圖繪制方案。使用直線、折線、菱形來替代原來的弧線、線圈等,這種改動簡化繪制的步驟。

對比一下,對于上述電路圖混頻級所使用的 3-7 極電子管,傳統(tǒng)的繪制需要 38 條線段,改進后的電路圖只需要 22 條線段便可以繪制完畢。

下圖是 Shannon 風(fēng)格的電子管收音機電路圖。看起來頗具立體主義藝術(shù)風(fēng)格。

▲ Shannon 風(fēng)格的電子管接收機

改進后的電路繪制標(biāo)準(zhǔn)可以節(jié)省近一半的繪圖工作量,在當(dāng)時還是手工繪圖的階段,Shannon 樂觀的認(rèn)為他的提議會帶來革命性的意義,被廣泛接受。但現(xiàn)實并非如此,對英國同行帶有成見的美國工程師對于這種改動嗤之以鼻。最終,這種改動沒有流行開來。

說實在的,就我的眼光看來,改動后的電子管電路的確不如原來傳統(tǒng)的優(yōu)雅,清晰。

當(dāng)然,任何標(biāo)準(zhǔn)化的改變都是對現(xiàn)有繪制符號的改變,引起相關(guān)人員的困惑和不滿。所以,與其小打小鬧的改動,不如使用徹底的改變會博得人們的采納。

▲ 一個單片機電路原理圖

隨著電子管器件的日薄西山以及電路圖繪制工具的電子化,對于電路圖繪制的風(fēng)格,人們就不再有更多的糾結(jié)了。

參考資料

[1]IEEE Standard 91-1984: https://www.ti.com/lit/ml/sdyz001a/sdyz001a.pdf

[2]Are Radio Symbols Wrong?: https://www.rfcafe.com/references/radio-craft/radio-symbols-wrong-radio-craft-march-1944.htm

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公眾號TsinghuaJoking主筆。清華大學(xué)自動化系教師,研究興趣范圍包括自動控制、智能信息處理、嵌入式電子系統(tǒng)等。全國大學(xué)生智能汽車競賽秘書處主任,技術(shù)組組長,網(wǎng)稱“卓大大”。