Stromkreise in LaTeX - Weitere Funktionen

Lerne anhand von Beispielen, wie du erweiterte Funktionen des circuitikz Pakets nutzen kannst.


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  1. Einführung
  2. Leitungen
  3. Monopole
  4. Bipole
    1. Ströme
    2. Spannungen
    3. Labels
  5. Tripole
  6. Zusammenfassung

Einführung

Wie wir bereits in Lektion 12 gelernt haben, ist circutikz ein mächtiges Werkzeug um Schaltkreise zu zeichnen. Aber es gibt einige Fettnäppchen, in welche man bei der Verwendung treten kann. Das circuitikz manual ist ein gutes Referenzwerk und bietet eine Übersicht über alle Komponenten, aber es fehlt eine tiefere Erklärung dazu, wie die einzelnen Elemente verwendet werden. Im Grunde lassen sich die Komponenten in circutikz in drei Klassen unterteilen, es gibt Monopole, Bipole und Tripole. Ich werde anhand von Beispielen erklären, wie die Elemente dieser Klassen verwendet werden. Weitere Elemente können dem Handbuch entnommen werden. Diese unterscheiden sich in der Verwendung nicht wesentlich.

Leitungen

Before ich näher auf die einzelnen Komponenten eingehe, möchte ich zuerst verdeutlichen, wie Leitungen zwischen den Elementen gezeichnet werden können. Dazu schauen wir uns zunächst das folgende Beispiel an:

p1-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (-1,0) to[short,o-o] (1,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Wie du sehen kannst, hat sich hier die Syntax etwas zu der aus Lektion 12 verändert. Der Anfang ist sehr gleich, aber es wurden Verbindungsglieder an den Enden eingefügt. Diese können über den hinteren Teil innerhalb der geschweiften Klammern (o-o) ausgewählt werden.

Wenn wir Beispielsweise eine geschlossene Verbindung signalisieren wollen, würden wir dies wie folgt tun:

p2-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (-1,0) to[short,*-] (1,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Die Notation für Verbindungsstücke ist sehr intuitiv. Du kannst solche Elemente einfügen, indem du entweder ein o oder ein * Symbol einfügst. Außerdem kannst du wählen, dass an einem Ende keinerlei Verbindungsstück erscheint, indem du entweder o-, -o oder o-o schreibst. Um ein Verbindungsstück ohne zusätzliche Verbindungen einfügen möchtest, kannst du einfach to[short] schreiben.

Monopole

Zunächst werde ich Monopole erklären, welche die einfachsten Elemente sind, welche circuitikz anbietet. Die Klasse umfasst Symbole wie z.B. Massesymbole oder Antennen. So sähe ein Massesymbol aus:

p3-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (-1,0) to[short,o-o] (1,0);
  \draw (0,0) to[short] node[ground] {} (0,-1);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Ich habe in diesem Beispiel einfach die Leitung aus dem ersten Abschnitt übernommen. Wie du sehen kannst verhält steht hier zusätzlich zu dem to[short] noch ein node[ground]. Nodes werden verwendet, um Monopole zu spezifizieren. Es ist zwingend erforderlich, dass jedem solchen Knoten ein Label zugewiesen wird. Das Name des Labels kann leer sein, aber aus syntaktischen Gründen müssen min. die geschweiften Klammern aufgeschrieben werden. Hier noch ein Beispiel, bei dem ein Text gesetzt wurde:

p4-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (-1,0) to[short,o-o] (1,0);
  \draw (0,0) to[short] node[ground] {GND} (0,-1);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Bipoles

Ich habe bereits in Lektion 12 Bipole besprochen, aber hier möchte ich noch einmal auf ein paar erweiterte Funktionen eingehen. In vielen Fällen möchten wir die Spannungen über einzelnen Elementen, oder die Ströme bezeichnen. Circuitikz stellt hierfür einige Optionen bereit, mit welchen sich diese Aufgabe einfach bewerkstelligen lässt. Die Beispiele hier sind direkt aus dem circuitikz Handbuch entnommen, aus Gründen der Vollständigkeit habe ich diese hier noch einmal aufgelistet.

Strompfeile

Der einfachste Weg Strompfeile einzufügen ist es, die entsprechende i Option zu verwenden. Normalerweise wird die Richtung des Pfeils und die Position des Labels direkt von Circuitikz bestimmt, aber es besteht auch die Möglichkeit dies manuell zu beeinflussen.

p5-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Wenn du die Richtung des Pfeils ändern möchtest, kannst du stattdessen den folgenden Code verwenden. Die < bzw. > Operatoren zeigen hier die Richtung des Pfeils an.

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i<=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Desweiteren kann die Position des Labels durch die Verwendung der Operatoren ^ und _ beeinflusst werden, welche das Label entsprechend über oder unter die Leitung legen:

p5-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i^=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

So sähe eine Positionierung unter der Leitung aus:

p8-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i_=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Es ist außerdem möglich beide Operatoren zu kombinieren. Um den Pfeil auf die linke Seite zu schreiben, genügt der folgende Code:

p9-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i<_=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

and change the direction to place it on the right hand side like this

p8-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,i_>=$i_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Spannungspfeile

Die Spannungspfeile können in der gleichen Art und Weise eingezeichnet werden, hier muss nur anstatt der i Option die v Option gesetzt werden:

p11-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,v_>=$v_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Wie du sehen kannst, lässt sich auch hier die von Tikz gewählte Pfeilrichtung beeinflussen:

p12-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,v^<=$v_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Labels

Außerdem ist es möglich für die Elemente selbst ein Label zu setzen:

p13-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,l^=$R_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Auch hier ist es wieder möglich, das Label unter das Element zu versetzen:

p14-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) to[R,l_=$R_1$] (2,0);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Tripole

Die letzte wichtige Gruppe von Komponenten sind Tripole, welche insbesondere für Transistoren verwendet werden. Hier unterscheidet sich die Verwendung erneut etwas von den Mono- und Bipolen:

p15-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) node[npn](npn1) {}
  (npn1.base) node[anchor=east] {B}
  (npn1.collector) node[anchor=south] {C}
  (npn1.emitter) node[anchor=north] {E};
\end{circuitikz}
\end{figure}

Tripole funktionieren in circuitikz ähnlich wie Monopole, aber es ist notwendig diverse Ankerpunkte zu setzen, an denen wir später ansätzen um die Leitungen zu zeichnen. In diesem Fall habe ich einen Transistor gewählt und npn1 als Bezeichner gewählt:

Wir können nun über diese Ankerpunkte auf die Endstücke des Transistors zugreifen und weitere Elemente anschließen:

p16-1.png

\begin{figure}[h!]
\begin{circuitikz}
  \draw (0,0) node[npn](npn1) {}
  (npn1.base) node[anchor=east] {B}
  (npn1.collector) node[anchor=south,xshift=0.5cm] {C}
  (npn1.emitter) node[anchor=north] {E};
  \draw (npn1.collector) to[R] ++(0,2);
\end{circuitikz}
\end{figure}

Hier ist zu beachten, dass ich neben dem Element auch eine xshift Option gesetzt habe, um zu verhindern, dass sich das Label mit dem neuen Element überschneidet. Ich hoffe, dass du dich nun in der Lage fühlst eigenständig Tikz zu verwenden.

Zusammenfassung

  • Es gibt drei Klassen von Komponenten in Circuitikz
  • Alle Komponenten dieser Klasse können so verwendet werden, wie in diesen Beispielen erklärt ist
  • Weitere Beispiele finden sich im Circuitikz manual