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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(dá)、設(shè)計(jì)、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(hào)按照電子系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)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(gè)電子設(shè)備的設(shè)計(jì)原理。

▲ 一個(gè)簡(jiǎn)單電子時(shí)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(gè)世紀(jì) 80 年代,國際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)將傳統(tǒng)的邏輯電路符號(hào)進(jìn)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(hào)來表達(dá)門電路的功能。

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

▲ 兩種不同的邏輯電路表達(dá)方式

這種改動(dòng)簡(jiǎn)化了對(duì)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(jiǎn)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(duì)于傳統(tǒng)電子管電路圖的改動(dòng)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(shí)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(jī)的電路圖。

▲ 標(biāo)準(zhǔn)五管超外差電子管接收機(jī)

傳統(tǒng)電子管電路圖比較形象,容易辨識(shí),但有一個(gè)缺點(diǎn),那就是對(duì)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(dòng)簡(jiǎn)化繪制的步驟。

對(duì)比一下,對(duì)于上述電路圖混頻級(jí)所使用的 3-7 極電子管,傳統(tǒng)的繪制需要 38 條線段,改進(jìn)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(jī)電路圖??雌饋眍H具立體主義藝術(shù)風(fēng)格。

▲ Shannon 風(fēng)格的電子管接收機(jī)

改進(jìn)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(shí)還是手工繪圖的階段,Shannon 樂觀的認(rèn)為他的提議會(huì)帶來革命性的意義,被廣泛接受。但現(xiàn)實(shí)并非如此,對(duì)英國同行帶有成見的美國工程師對(duì)于這種改動(dòng)嗤之以鼻。最終,這種改動(dòng)沒有流行開來。

說實(shí)在的,就我的眼光看來,改動(dòng)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(duì)現(xiàn)有繪制符號(hào)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(dòng),不如使用徹底的改變會(huì)博得人們的采納。

▲ 一個(gè)單片機(jī)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(duì)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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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

公眾號(hào)TsinghuaJoking主筆。清華大學(xué)自動(dòng)化系教師,研究興趣范圍包括自動(dòng)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(jìng)賽秘書處主任,技術(shù)組組長(zhǎng),網(wǎng)稱“卓大大”。