1.1 实际电路和电路模型

实际电路是由各种电器按一定的方式互相连接而构成的电流的通路。它的主要功能是实现电能或电信号的产生、传输、转换和处理。

在通信技术、自动控制、电力和计算机等各个技术领域中，人们根据不同的需要用各种不同的电路来实现各自的任务。例如，日常使用的收音机和电视机，能把接收到的微弱的无线电信号进行各种加工处理，变为人们能接收的声音和图像；又如，计算机可对输入的数据进行指定的计算、储存和控制等。总之，实际电路种类繁多、千差万别，电路的各部分及其周围空间伴随着各种电磁现象和能量交换，从而形成一个复杂的物理系统。

电路理论是一门电的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，而是它们的数学模型——电路模型。电路模型是实际电路在一定条件下的科学抽象和足够精确的数学描述。电路理论中所说的电路，是指由各种理想电路元件按一定方式连接组成的总体。

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磁性能。理想元件的数学关系反映实际电路器件的基本物理规律。

图1-1所示为3种基本理想电路元件的图形符号。其中，理想电阻元件仅表征消耗电能并转变成非电能的特征，理想电容元件仅表征储存或释放电场能量的特征，理想电感元件仅表征储存或释放磁场能量的特征。它们分别是实际电路中电阻器、电容器和电感器在一定条件下的近似化、理想化。

图1-1　3种基本电路元件的图形符号

上述3种理想电路元件均具有两个端子，称为二端元件，又称单口元件。除二端元件外，还有多端元件，以后还要介绍四端元件，如受控源、耦合电感和变压器等。

由理想元件组成的电路称为电路模型。今后所提到的电路，除特别指明外，均为电路模型，所提到的元件均为理想元件。

实际电路的模型化首先是实际器件的模型化。实际器件种类繁多，但其在电磁现象方面却有共同之处。任何一种实际器件，根据其不同的工作条件总可以用一个或几个理想元件的组合来近似表征它。用理想元件及其组合表征实际电路的每一个器件，可以得到该实际电路的电路模型。

应该指出，实际电路用电路模型来近似表示是有条件的。一种电路模型只有在一定条件下才是适用的，条件变了，电路模型也要作相应的改变。

理想元件是抽象的模型，没有体积和大小，其特性集中表现在空间的一个点上，称为集总参数元件。

由集总参数元件构成的电路称为集总参数电路，简称集总电路。在集总电路中，任何时刻该电路任何地方的电流、电压都是与其空间位置无关的确定值。

本书只对集总参数电路进行分析，集总参数的条件即集总假设是电路分析的重要假设。当满足集总参数条件时，就可以采用由分立元件模型组成的集总参数电路模型。图1-2所示电路为一个手电筒电路的集总参数电路模型。图中电源元件US与电阻元件RS的组合表示干电池，是提供电能的能源；电阻元件r表示手电筒金属壳体的电阻；电阻元件RL表示灯泡，是用电设备，称为负载；图中连线为理想导线。

应该指出，用集总电路来近似代替实际电路是有条件的：电路器件及其整个实际电路的尺寸l应远小于电路最高工作频率所对应的波长λ，即

图1-2　手电筒电路模型

l≪λ，λ=c/f，c=3×108m/s（光速）

例如，我国电力系统照明用电的频率为50Hz，其波长为6000km。对于大多数用电设备来说，其尺寸与之相比可忽略不计，采用集总参数概念是合适的。而对远距离的通信线路和电力输电线路则不满足上述条件，就不能用集总参数来分析。又如，在微波电路中，信号的波长λ=0.1～10cm，此时波长与元件尺寸属同一数量级，信号在电路中的传输时间不能忽略；电路中的电流、电压不仅是时间的函数，也是空间位置的函数；某一时刻从电路或器件一端流入的电流不一定等于另一端流出的电流。此时集总参数模型失效，应当采用分布参数或电磁场理论来分析。有关这部分内容将在后续课程中学习。