1.1 电路和电路模型

1.1  电路和电路模型

电路是由某些电气设备和元器件按一定的方式连接以形成电流通路。

电路可分成电源、负载和中间环节3个部分。如图1-1所示，电源是提供电能的设备，是电路工作的能源。电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电设备，是电路中主要的耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。

图1-1  电路组成框图

中间环节是指电源与负载之间的部分。实际电路种类繁多，但就其功能来说可概括为两个方面。其一，是进行能量的传输、分配与转换，例如电力系统中的输电电路。发电厂的发电机组将其他形式的能量（或热能、或水的势能、或原子能等）转换成电能，通过变压器、输电线等输送给各用户负载，各用户负载又把电能转换成机械能（如负载是电动机）、光能（如负载是灯泡）、热能（如负载是电炉）等，为人们生产、生活所利用。其二，是实现信息的传递与处理，例如电话、收音机、电视机电路。接收天线把载有语言、音乐、图像信息的电磁波接收后，通过电路把输入信号（又称激励）变换或处理为人们所需要的输出信号（又称响应），送到扬声器或显像管，再还原为语言、音乐或图像。

实际生活中的手电筒电路就是一个简单的电路，如图1-2（a）所示，它由3部分组成：①是提供电能的能源即电源（蓄电池），将化学能转换为电能；②是用电装置即负载（灯泡），将电能转换为光能和热能；③是连接电源与负载传输电能的金属导线，简称导线。图1-2（a）中S是为了节约电能所加的控制开关，需要照明时将开关S闭合，不需要照明时将S打开。电源、负载与连接导线是任何实际电路都不可缺少的3个组成部分。

电路理论内容包括分析和研究电路中所发生的电磁现象和过程，探讨电路的基本规律和计算方法。但是因为实际电路的种类很多，形式和结构各不相同，实际器件的物理过程又十分复杂并且都和电磁有关，所以在分析和研究电路时，为了简化对器件性能的描述而忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示组成的，称为电路。经过简化的器件称为理想元件或元件模型。一个实际电路可以由多个理想元件的组合来模拟，这样的电路称为电路模型。

（a）手电筒的实际电路                       （b）手电筒的电路模型

图1-2  手电筒电路

有了理想元件和电路模型的概念，对如图1-2（a）所示的手电筒的实际电路而言，可以用电阻R表示灯泡，用电阻R₀表示导线的电阻，用E表示蓄电池，得出的电路模型如图1-2（b）所示。

应注意电路元件与实际的电气器件的区别。例如，实验室中的电子仪器常用各式各样的电阻、电容、电感绕组、晶体管等组成，这些也可用电路元件及其组合来模拟，但两者是不完全相同的。通常在一定条件下，根据实际器件的主要物理功能，可以按不同的精确度用电路元件及其组合来模拟。后面所说的电路一般均是指由理想电路元件构成的抽象的电路而不是指实际的电路。实践证明只要电路模型取得合适，按抽象的电路分析计算的结果与对应的实际电路中测得的结果基本是一致的。根据已经建立的电路模型（简称电路），研究其中的电压、电流和电功率之间的联系规律（有时要涉及到电荷、磁通），为分析、综合及设计实际的电路准备理论基础，这是本课程的一项重要任务。