1.1 电路与电路模型
1.1.1 电路
电路是电流的通路，它是由某些电工设备或元件按一定方式连接起来为人们生产、生活完成某种功能的物质实体。较复杂的电路又称为电网络。“电路”和“网络”这两个术语通常是相互通用的。
电路根据它们的基本功能可以分为两大类，一类是实现电能的传输和转换。最典型的例子是电力系统，其电路示意图如图1.1（a）所示，它包括电源、负载和中间环节3个组成部分。
图1.1 电路示意图
发电机是电源，是供应电能的设备。在发电厂内可把热能、水能或核能转化为电能。除发电机外，电池也是常见的电源。
电灯、电动机、电炉等都是负载，是取用电能的设备，它们分别把电能转化为光能、机械能、热能等。
变压器、输电线、开关及一些保护设备是中间环节，是连接电源和负载的部分，它起传输和分配电能以及控制和保护电气设备的作用。
另一类是实现信号的传递和处理。常见的如扩音机，其电路示意图如图1.1（b）所示。它将话筒施加的信号先经过放大器放大，然后再送到扬声器进行输出。话筒把语音或音乐（通常称为信息）转换为相应的电压和电流（电信号），是输出信号的设备，称为信号源，相当于电源，但与上述的发电机、电池这种电源不同，信号源输出的电信号的变换规律是取决于所加信息的。扬声器把电信号还原为语音或音乐，是接收和转换信号的设备，也就是负载。由于话筒输出的电信号比较微弱，不足以促使扬声器发音，因而采用中间环节（放大器）来放大，对信号起传递和放大作用。信号的这种转换和放大，称为信号的处理。收音机和电视机也是一种信号的传递和处理电路，它们的接收天线（信号源）在接收载有语音、音乐、图像等信息的电磁波后把它们转换为相应的电信号，再经过调谐、变频、检波、放大等中间环节将其送到扬声器和显像管（负载），还原为原始信号。
不论是电能的传输和转换，还是信号的传递和处理，其中电源或信号源的电压或电流都可称之为激励，它推动电路的工作；由激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。所谓电路分析，就是在已知电路的结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。
1.1.2 理想电路元件
组成实际电路的实际电路元件或器件可以是发电机、变压器、电动机、电池、晶体管、电子管以及各种电阻器、电感器和电容器等。由于它们的电磁性能比较复杂，所以为便于分析研究，我们常常在一定条件下将实际元件理想化（或称为模型化），以突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，把它近似地看作理想电路元件。例如，在图1.2（a）所示手电筒电路中，小灯泡不但发热而消耗电能，还会在其周围产生一定的磁场，若只考虑其消耗电能的主要性质而忽略其产生的磁场，则可以将小灯泡抽象为一个只有耗能特性的理想化电阻元件，其参数为电阻R。干电池不但在其正、负极间保持恒定的电压对小灯泡提供电能，而且其内部也有一定的电能损耗，可以将其提供电能的性能用电压源元件表示，其参数为US，而内部电能损耗的性能用电阻元件表示，其参数为内阻R0。导体与开关是连接干电池与小灯泡的中间环节，其电阻忽略不计，认为是一个无电阻的理想导体，这样就得到如图1.2（b）所示的手电筒的电路模型。
图1.2 手电筒电路及其电路模型
如上所述，在一定条件下，我们可以用足以反映其电磁性能的一些理想电路元件或它们的组合来模拟实际电路中的器件。理想电路元件是一种理想化的模型，简称电路元件。要求这些电路元件只包含单一的电磁关系，即每个元件仅有一个电磁约束关系，且电磁过程均发生在元件内部，所以在任何时刻，从具有两个端钮的理想元件的某一端钮流入的电流恒等于从另一端钮流出的电流，并且元件两个端钮间的电压值也是完全确定的。凡端钮处的电流和端钮间的电压满足上述情况的电路元件称为集中参数元件，又称为集总参数元件。本书所涉及的理想电路元件有8种，即电阻元件、电压源元件、电流源元件、受控源元件、电感元件、电容元件、耦合电感元件和理想变压器元件。每种元件都将有其数学形式的定义，在电路（模型）图中，各种电路元件用规定的图形符号表示，图1.3所示为5种常见的电路元件。图1.3（a）为电阻元件，图1.3（b）为电感元件，图1.3（c）为电容元件，它们都是无源元件；而图1.3（d）是电压源元件，图1.3（e）是电流源元件，它们都是有源元件。
图1.3 几种理想电路元件的电路模型
上述这些电路元件通过引出端互相连接。对具有两个引出端的元件，称为二端元件；对具有两个以上引出端的元件，称为多端元件。
1.1.3 电路模型
实际电路可以由一个或若干个电路元件经理想导体连接起来模拟，这便构成了电路模型。它是由集中参数元件构成的，故称为集中参数电路。这里再次强调，本课程所研究的是电路模型，而不是实际电路。对于电路模型的概念，再做几点补充。
（1）电路模型是实际电路的科学抽象，是理想化的模型。它反映实际电路主要的电磁关系，并能用精确的数学式来表达，从而能较方便地通过对电路模型的分析推断出实际电路的主要性能。
（2）由于人们对实际电路的电磁关系认识程度不同，以及对分析计算所要求的精确度不同，因而对同一个电路可能会得出不同的电路模型，所以电路模型都有一定的适用条件，如电压、电流和工作频率范围等。不同的使用场合和不同的精度要求，需要相适应的电路模型。一般地讲，模型越复杂，计算的精确度越高，但分析过程也越繁琐。
本书只讨论在给定电路模型情况下的电路分析问题，至于如何建立电路模型已超出本书讨论的范围。
【练习与思考】
1.1.1 电路的基本功能是什么？它由哪几部分组成，各部分的作用是什么？
1.1.2 什么是理想电路元件？什么是集中参数元件？
1.1.3 电路模型是如何构成的？建立电路模型时应注意哪些问题？