Grafika: TikZ w LaTeX – podstawy i pierwszy schemat (circuitikz)

TikZ to pakiet LaTeX do tworzenia grafiki. Rysunek jest opisany kodem, a nie wstawiany jako gotowy obraz.

Takie podejście daje dużą kontrolę nad szczegółami rysunku, spójność z dokumentem (np. czcionki) oraz możliwość łatwych modyfikacji w przyszłości (edycja kodu i ponowna kompilacja).

W tym wpisie pokazuję podstawy TikZ: od prostego przykładu do pierwszego schematu elektrycznego w circuitikz.

Docelowy rysunek omawiany w tym wpisie:

Rys. 1. Przykładowy rysunek TikZ z widoczną siatką i węzłami.

---

Minimalny przykład – okrąg

Rysunek TikZ to fragment kodu w środowisku tikzpicture.

Przykładowy rysunek okręgu z zaznaczonym środkiem, promieniem i średnicą:

<img src=”/assets/posts/graphics-latex-tikz-basics-circuitikz/figures/circle.png” alt=”Przykładowy rysunek TikZ” (okrąg) width=”200”> Rys. 2. Przykładowy rysunek TikZ – okrąg.

Kod:

\begin{tikzpicture}[scale=2]
	% circle
	\draw (0,0) circle (1);
	% center
	\fill (0,0) circle (1.5pt) node[below left] {$O$};
	% radius
	\draw[->] (0,0) -- (1,0) node[midway, below] {$r$};
	% extension lines
	\draw (-1,0) -- (-1,1.4);
	\draw (1,0) -- (1,1.4);
	% diameter (dimension line)
	\draw[<->] (-1,1.4) -- (1,1.4)
	node[midway, above] {$d=2r$};
\end{tikzpicture}

Podstawowe elementy składni:

• \begin{tikzpicture} – środowisko rysunku
• \draw – rysowanie
• (x,y) – współrzędne
• -- – odcinek
• node – opis
• [->], [<->] – strzałki

---

Schemat RLC w TikZ (circuitikz)

Poniżej ten sam schemat RLC w trzech wariantach: od najprostszego do bardziej rozbudowanego.

Wariant 1

Najprostszy wariant. Rysunek powstaje z krótkiego kodu, ale strzałki nie są wyrównane w poziomie.

Rys. 3. Przykładowy rysunek Tikz – obwód RLC, bez siatki i węzłów.

Kod:

\begin{circuitikz}[scale=0.7,line width=1pt]
	\draw
	(0,0) to[isource, l=$e(t)$] (0,4)
	-- (1.5,4)
	to[L, l=$L$, v_<=$u_\mathrm{L}(t)$] (3.5,4)
	-- (4.5,4)
	to[R, l=$R$, v_<=$u_\mathrm{R}(t)$] (6.3,4)
	-- (7.3,4)
	to[closing switch, l=$S$, bipoles/length=2cm] (9.3,4)
	to[short, i>^=$i(t)$] (11.1,4)
	-- (11.1,0) -- (0,0);
\end{circuitikz}

Wariant 2

Wariant identyczny jak powyżej, pokazujący zapis z użyciem przesunięć względnych (++).

Kod:

\begin{circuitikz}[scale=0.7,line width=1pt]
	\draw
	(0,0) to[isource, l=$e(t)$] ++(0,4)
	-- ++(1.5,0)
	to[L, l=$L$, v_<=$u_\mathrm{L}(t)$] ++(2.0,0)
	-- ++(1.0,0)
	to[R, l=$R$, v_<=$u_\mathrm{R}(t)$] ++(1.8,0)
	-- ++(1.0,0)
	to[closing switch, l=$S$, bipoles/length=2cm] ++(2.0,0)
	to[short, i>^=$i(t)$] ++(1.8,0)
	-- ++(0,-4) -- ++(-11.1,0);
\end{circuitikz}

Wariant 3

Docelowy wariant. Kod jest bardziej rozbudowany, ale daje pełną kontrolę nad układem rysunku. Strzałki są wyrównane.

Rys. 4. Przykładowy rysunek Tikz – obwód RLC, z siatką i węzłami.

Siatkę i węzły można oczywiście wyłączyć, uzyskując rysunek docelowy:

Rys. 5. Przykładowy rysunek Tikz – obwód RLC, docelowy.

Kod:

\begin{circuitikz}[scale=0.7,line width=1pt]
	% --- Debug switches ---
	% Enable or disable auxiliary drawing elements (grid and nodes)
		
	\newif\ifshowgrid   % Controls visibility of the background grid
	\newif\ifshownodes  % Controls visibility of debug nodes and labels
		
	\showgridtrue      % Set to \showgridtrue to show the grid
	\shownodestrue      % Set to \shownodesfalse to hide debug markers and labels
		
	% Debug grid to assist with manual layout alignment
	\ifshowgrid
	\draw [help lines] (-3,-1) grid (13,6);
	\fi
		
	% --- Point definitions ---
	\coordinate (n0) at (0,0);
	\coordinate (n1) at (0,4);
	\coordinate (n2) at (1.5,4);
	\coordinate (n3) at (3.5,4);
	\coordinate (n4) at (4.5,4);
	\coordinate (n5) at (6.3,4);
	\coordinate (n6) at (7.3,4);
	\coordinate (n7) at (9.3,4);
	\coordinate (n8) at (11.1,4);
	\coordinate (n9) at (11.1,0);
		
	% Consistent style for debug labels
	\tikzset{
		debug label/.style={
			font=\scriptsize,
			fill=white,
			inner sep=0pt
		}
	}
		
	% --- Main circuit ---
	\draw
	(n0) to[isource, l=$e(t)$] (n1)
	(n1) to[short, -] (n2)
	(n2) to[L=$L$] (n3)
	(n3) to[short, -] (n4)
	(n4) to[R=$R$] (n5)
	(n5) to[short, -] (n6)
	(n6) to[/tikz/circuitikz/bipoles/length=2cm, closing switch=$S$] (n7)
	(n7) to[short, -, i>^=$i(t)$] (n8)
	(n8) to[short, -] (n9)
	(n9) to[short, -] (n0)
	;
		
	% --- Manually drawn voltage arrows ---
	% NOTE: Voltage arrows are drawn manually to control length and alignment
	
	% --- arrow length ---
	\def\varrow{1.6}  % total length
		
	% u_L
	\draw[<-]
	($(n2)!0.5!(n3)+(-0.5*\varrow,-0.65)$) --
	($(n2)!0.5!(n3)+(0.5*\varrow,-0.65)$)
	node[midway, below=5pt, fill=white, inner sep=0pt] {$u_\mathrm{L}(t)$};
		
	% u_R
	\draw[<-]
	($(n4)!0.5!(n5)+(-0.5*\varrow,-0.65)$) --
	($(n4)!0.5!(n5)+(0.5*\varrow,-0.65)$)
	node[midway, below=5pt, fill=white, inner sep=0pt] {$u_\mathrm{R}(t)$};		
	
	% --- Debug: point names ---
	\ifshownodes
		\foreach \p in {n1,n2,n3,n4,n5,n6,n7,n8}{
			\fill[red] (\p) circle (2pt);
			\node[above=5pt, debug label] at (\p) {\p};
		}
		\foreach \p in {n0,n9}{
			\fill[red] (\p) circle (2pt);
			\node[below=5pt, debug label] at (\p) {\p};
		}
	\fi
\end{circuitikz}

Podsumowanie

TikZ pozwala tworzyć rysunki bezpośrednio w LaTeX jako kod, co daje pełną kontrolę nad ich strukturą i wyglądem oraz umożliwia łatwe modyfikacje.

Podstawy można szybko opanować na prostych przykładach, a następnie przejść do bardziej złożonych rysunków, takich jak schematy w circuitikz.