1.1 电路和电路模型

生产和生活中的各种实际电路，都是由电源、电阻器、电感线圈、电容器、变压器、仪表、二极管、三极管等实体部件组成的。这些实体部件各自具有不同的电磁特性和功能，将它们按照一定的方式组合起来可构成不同功能的电路。

1.1.1 电路的组成及功能

1-1 电路的组成和功能

1.电路的组成

电流通过的路径称为电路。

手电筒电路、单灯照明电路是实际应用中最为简单的电路实例，电动机电路、雷达导航设备电路、计算机电路、电视机电路显然是较为复杂的电路，但不管电路是简单的还是复杂的，其基本组成部分都离不开3个基本环节：电源、负载和中间环节。

（1）电源：向电路提供电能的装置，如电池、发电机、信号源等。电路中的电压和电流是在电源的作用下产生的，因此，电源又被人们称为激励，激励是激发和产生电能的因素。

（2）负载：电路中接收电能的装置，如电灯、电动机等用电设备。负载把从电源接收到的电能转换为人们需要的能量形式，如电灯把电能转换为光能和热能，电动机把电能转换为机械能，充电的蓄电池把电能转换为化学能等。由激励在负载上产生的电压和电流称为响应。

（3）中间环节：电源和负载之间连通的传输导线、控制电路通断的开关、保护和监控实际电路的设备（如熔断器、热继电器、空气开关等）均为电路的中间环节。中间环节在电路中起着传输和分配能量、控制和保护电气设备的作用。

2.电路的功能

工程应用中的实际电路按照功能的不同可以概括为以下两大类。

（1）电力系统中的电路：特点是大功率、大电流，其主要功能是对发电厂发出的电能进行传输、分配和转换。

（2）电子技术中的电路：特点是小功率、小电流，其主要功能是实现对电信号的传递、变换、存储和处理。

1.1.2 电路模型和理想电路元件

1-2 电路模型

1.电路模型

电路理论是关于电的一门公共基础性的工程学科，电路理论是建立在理想化模型基础上的。电路理论的对象并不是实际电路，而是由理想电路元件相互连接而成的电路模型。

电路模型是实际电路电气特性的抽象和近似，例如，图1.1所示为手电筒电路及其电路模型。

图1.1（a）所示手电筒的实体电路画法较为复杂，图1.1（b）所示的电路模型显然清晰明了。

电路模型具有以下两大特点。

① 电路模型中的任何一个元件都是只具有单一电特性的理想电路元件，因此反映出的电现象均可用数学方式进行精确的分析和计算。

② 对各种电路模型的深入研究，实质上就是探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。

电路模型是用来探讨存在于不同特性的各种真实电路中共有规律的工具。进行电路分析时，应牢固树立“电路模型”的概念，通过对电路模型的分析、研究来预测实际电路的电气特性，以便指导和改进实际电路的电气特性和设计制造新的实际电路。

2.理想电路元件

1-3 理想电路元件

实际电路器件的电特性往往多元而复杂。例如，一个实际的电感线圈，通电后在线圈周围会建立磁场，显然这是电感线圈的主要电磁特性；电感线圈通电后会发热，即实际电感线圈同时存在着“耗能”的电特性；实际电感线圈还存在着匝间分布电容和层间分布电容效应。可见，实际电感线圈的电特性多元而复杂，且当它们所处的外部条件改变时，它们的电特性也会随之发生改变。

理想电路元件是用数学关系式严格定义的假想元件。每一种理想元件都可以表示实际器件所具有的一种主要电特性。理想电路元件的数学关系反映了实际电路器件的基本物理规律。

电路理论中的理想电路元件分为无源和有源两大类，其电路模型分别如图1.2（a）～（c）和图1.2（d）、（e）所示。

图1.2中的理想电阻元件仅表征电路中消耗电能并转换成非电能的电特性；理想电感元件仅表征电路中储存或释放磁场能量的电特性；理想电容元件仅表征储存或释放电场能量的电特性。它们均为无源二端元件，分别是实际电路器件电阻器、电感器和电容器在一定条件下的理想化、近似化的抽象。理想电压源和理想电流源称为有源二端元件，其中的“源”是指它们能向电路提供电能。在电路精度要求不高的情况下，如果实际电源的主要供电方式是向电路提供一定的电压，则其电路模型可用电压源抽象和模拟；若主要供电方式是向电路提供一定的电流，则可用电流源抽象和模拟。显然，理想电路元件的电特性单一、确切。

注意：进行模型化处理的思路，就是要在工程允许的范围内，用一些理想电路元件表征实际器件的主要电特性，忽略它们的次要电特性，从而大大简化对实际问题的分析和计算。电路理论中的这种抽象出来的理想电路元件，也是简化电路分析和计算的最行之有效的方法。

思考题

1.电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？

2.试述电路的分类及其功能。

3.何谓电路模型？何谓理想电路元件？如何理解“理想”二字在实际电路中的含义？