电路图的美与丑

电路图是用于表达、设计、制作、调试电子系统的重要的工具。它是由电子元器件符号按照电子系统内部实际连接关系按照一定规范绘制的。借助于标准化的电路图，可以让来自不同国家的电子工程师，即使他们的语言不通，但也能够准确无误理解同一个电子设备的设计原理。


▲ 一个简单电子时钟的电路图
早期的电路图都是通过手工绘制的。为了便于电路绘图员绘制电路，提高绘制效率，在上个世纪80年代，国际电气与电子工程师协会（IEEE）将传统的逻辑电路符号进行了统一修订，去掉了逻辑门电路的外形曲线，只使用方框再配合符号来表达门电路的功能。

下图左边是传统的逻辑门电路符号，右边是 IEEE Standard 91-1984[1] 标准中定义的逻辑门电路符号。


▲ 两种不同的逻辑电路表达方式
这种改动简化了对绘图工具的要求，提高了绘图效率。改变后的标准后来被广泛使用。

更早期的电子管电路图也曾经有过类似的简化。在1944年，《RADIO CRAFT》杂志刊登过一篇文章：Are Radio Symbols Wrong?[2] 讲述了D.S.B  Shannon（英国人）提出对于传统电子管电路图的改动方案。

早期的电子管脱胎于电灯泡，所以绘制电子管的外形大都使用圆形、椭圆形来表示。内部电极也分别使用线段、虚线、曲线、线圈来分别表示内部的屏极、栅极、阴极、灯丝等等。

早期电路中的变压器、互感器、电阻、电容也大都使用线圈、折线、弧形来表示，这与当时元器件的工艺相符合。

下图是一幅标准五管超外差电子管收音机的电路图。


▲ 标准五管超外差电子管接收机
传统电子管电路图比较形象，容易辨识，但有一个缺点，那就是对于电路绘图员来说比较麻烦。

为此，D.S.B Shannon提出了一种新的电路图绘制方案。使用直线、折线、菱形来替代原来的弧线、线圈等，这种改动简化绘制的步骤。

对比一下，对于上述电路图混频级所使用的 3-7极电子管，传统的绘制需要38条线段，改进后的电路图只需要22条线段便可以绘制完毕。

下图是Shannon风格的电子管收音机电路图。看起来颇具立体主义艺术风格。


▲ Shannon风格的电子管接收机
改进后的电路绘制标准可以节省近一半的绘图工作量，在当时还是手工绘图的阶段，Shannon乐观的认为他的提议会带来革命性的意义，被广泛接受。但现实并非如此，对英国同行带有成见的美国工程师对于这种改动嗤之以鼻。最终，这种改动没有流行开来。

说实在的，就我的眼光看来，改动后的电子管电路的确不如原来传统的优雅，清晰。

当然，任何标准化的改变都是对现有绘制符号的改变，引起相关人员的困惑和不满。所以，与其小打小闹的改动，不如使用彻底的改变会博得人们的采纳。


▲ 一个单片机电路原理图
随着电子管器件的日薄西山以及电路图绘制工具的电子化，对于电路图绘制的风格，人们就不再有更多的纠结了。
参考资料

[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