电路 (circuitikz)

circuitikz 是一个在 LaTeX 中用代码直接绘制电气和电子电路图的包。它建立在 TikZ/PGF 之上，知道电阻、电容、电源、晶体管等部件的正规符号。你把连线写成路径，并用 to[R=…] 这样的写法把部件插到路径中，就能得到与正文同等质量的电路图。

circuitikz 是什么：入门

TikZ 是通用绘图系统，处理线、圆、节点等“原始图形”（基础见另一页“TikZ 基础”）。circuitikz 在 TikZ 基础上增加了 电气符号词汇。你不需要手动画电阻的锯齿线；指定部件键 R 后，方向、端子、线宽都合适的符号会自动放置。作者是 Massimo A. Redaelli 等人。

开始使用时，在导言区加载 \usepackage{circuitikz}（TikZ 会随之加载）。在 pdfLaTeX、LuaLaTeX、XeLaTeX 下可直接工作。若像 pLaTeX 或 upLaTeX 那样经由 DVI，则与 TikZ 一样，需要把驱动（通常是 dvipdfmx）作为类选项指定。若只想制作一张独立电路图并导出为图片，standalone 类很方便。

\documentclass{article}   % 回路図1枚なら \documentclass[border=3pt]{standalone}
\usepackage{circuitikz}
\begin{document}
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R=$R_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{document}

这段代码从原点 (0,0) 向右到 (2,0) 画一条线，在途中放置一个电阻符号，并在上方加上 “R₁” 标签。基本形式是在专用的 circuitikz 环境 中写绘图命令。其内部遵循普通 TikZ 语法；你也可以加载 circuitikz 的库后使用 \begin{tikzpicture}，但先掌握这个环境就足够了。

核心写法：用 to[…] 放置部件

circuitikz 的核心都浓缩在这一行里。在 TikZ 路径操作 to 的方括号中写入部件键，就会在连接两点的导线 中途插入一个该部件。例如 \draw (0,0) to[R=$R_1$] (2,0); 的意思是“从 (0,0) 走到 (2,0)，途中经过电阻 R₁”。把这些串联起来，就能得到导线和部件交替排列的电路。

\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R=$R_1$] (2,0)
              to[C=$C_1$] (2,-2);
\end{circuitikz}

这会画出一条 L 形导线：从 (0,0) 向右的路径上有电阻 R₁，接着从 (2,0) 向下的路径上有电容 C₁。这里使用的缩写是：在部件键后直接写 =label，它就成为该部件的标签，所以 to[R=$R_1$] 是 to[R, l=$R_1$]（后述）的短写。若只想画导线而不放部件，使用 to[short]（普通导体）。

坐标写法就是普通 TikZ：直角坐标 (x,y)（默认单位为厘米），以及用于直角走线的便利写法 (a -| b)（a 的 x 坐标与 b 的 y 坐标相交的点）。部件方向会自动跟随路径前进方向。

常用二端部件（bipoles）

能放进 to[…] 的是带两个端子的 二端部件（bipole）。下表列出常见项。部件键多为便于记忆的首字母（电阻 R、电容 C、电感 L），电源和二极管也有拼写形式的别名。

电源会按用途使用不同符号：V（vsource）是通用电压源（圆形，常带正弦波），battery1 是电池符号，交流时还有 sV（正弦电源）。开关按状态区分为 closing switch（正在闭合的开关）和 opening switch。除默认二极管 D 外，发光二极管、齐纳二极管等也可用部件键选择。

标签以及电压/电流注释

标签 会把数值或名称放在部件旁边。基本键是 l=…，效果与 to[R=$R_1$] 这个短写相同。标签放在部件的 哪一侧 用标记控制：l_=… 推到另一侧（线下方或内侧），l^=… 推到相反侧（上方或外侧）。由于“上/下”会随导线纵横方向改变，应根据外观在 l 和 l_ 之间选择。

电路图常常不仅要写部件数值，还要用箭头表示 流过它的电流 或 加在它两端的电压。这有专用键：i=… 画电流（沿部件方向的箭头），v=… 画电压（跨过部件的箭头）。要反转方向，在键名后加下划线，如 i_=… 或 v_=…。

\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[V=$U_q$] (0,2)
              to[short] (2,2)
              to[R=$R_1$, i=$i_1$, v=$u_1$] (2,0)
              to[short] (0,0);
\end{circuitikz}

这是一个闭合回路：左侧竖边是电压源 Uq，上边是普通导线，右侧竖边是电阻 R₁，其余部分用 to[short] 导线闭合。右侧电阻带有两个箭头：一个表示流过它的电流 i₁，另一个表示其两端电压 u₁。关键在于用 to[short] 把剩余两边变成普通导线来闭合回路。

若要在标签中写带单位的数值，可用 [siunitx] 选项加载包（\usepackage[siunitx]{circuitikz}）；随后可使用 number<\unit> 形式，如 l=5<\ohm> 或 l=3<\micro\farad>，并正确排成 “5 Ω” 和 “3 µF”。

节点型部件与样式设置

三个或更多端子的部件，如晶体管、运算放大器、接地，不能放进 to[…]。它们作为 TikZ 节点 放置，形式是 \node[part] (name) at (coordinate) {};。即使内容为空，花括号 {} 也必须写。放置后的节点在各端子处有 锚点，可用 (name.output-pin) 这样的名称引用并连接导线。

• 接地 — \node[ground] at (0,0) {};。电源轨符号可用 vcc/vee。
• MOSFET — \node[nmos] (q1) {};、\node[pmos] {};。双极型晶体管是 npn/pnp。
• 运算放大器 — \node[op amp] (oa) {};。引脚用 oa.+（同相输入）、oa.-（反相输入）、oa.out（输出）引用。
• 若要沿路径放置节点，在坐标后写 node[nmos]{}（例如 (0,0) node[nmos]{} (2,0)）。

符号习惯因国家和领域而异。电阻可以选择画成 矩形（IEC/欧洲式） 或 锯齿（美国式）：在环境选项中传入 [american]/[european]（或更细的 [american resistors]/[european resistors]），也可以设置 resistor=american 这样的键。电感同样有 cute/american/european 等变体。

要一次性调整整张电路图的外观，使用 \ctikzset{…}。这是 circuitikz 版的 TikZ \tikzset，可写在导言区，也可写在代码中途。例如可以把线条加粗，或把电压箭头习惯固定为美国式（american voltages）。

\usepackage[siunitx, american]{circuitikz}
\ctikzset{bipoles/length=1cm}      % 部品の長さをそろえる

\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) node[ground]{} to[V=$U_q$] (0,2)
              to[R=$R_1$] (2,2)
              to[C=$C_1$] (2,0) -- (0,0);
\end{circuitikz}

这是一条闭合回路：左下接地，左边是电压源 Uq，上边是美国式（锯齿）电阻 R₁，右边是电容 C₁。最后的 -- (0,0) 是普通 TikZ 直线，用作底边导线来闭合回路（作用与 to[short] 相同）。由于 \ctikzset 把部件长度固定为 1 cm，符号间距看起来整齐。

由于 circuitikz 建立在 TikZ 之上，可以自由结合 TikZ 自身功能：用于坐标计算的 calc、用于相对放置的 positioning、标签用的普通 \node、颜色和样式等。复杂电路中，自然的分工是用 TikZ 的方式搭建布局，让 circuitikz 负责部件。若编译变重，与 TikZ 一样可用 external 库缓存各图。