1.1 电路与电路模型

1.1.1 电路

电作为一种优越的能量形式和信息载体已经成为当今社会不可或缺的重要组成部分，而电的产生、传输和应用又必须通过电路来实现。由各种电气元器件按一定方式连接，并可提供电量传输路径的总体，称为电路或电网络。电路的作用是实现能量的传输和转换等。

1．电路的组成

尽管实际电路的形式多种多样，但在本质上都是由电源（或信号源）、负载、中间环节这3个部分组成的。以手电筒电路为例，手电筒电路图如图1-1所示。图1-1中左侧是电池，右侧小灯泡是负载，导线及开关为中间环节。

各个组成部分的功能如下。

电源（信号源）：将其他形式的能量（如热能、机械能、化学能等）转换成电能。如各类发电机、干电池、蓄电池及各种传感器等。

负载：将电能转换成其他形式的能量。如小灯泡、荧光灯、电动机及电炉等。

中间环节起连接、控制及分配等作用，包括连接导线、控制器件等。

连接导线：连接电源和负载，以形成回路，让电流流通。

控制器件：其作用是控制电路的状态，例如开关用以接通或断开电流流通的路径，控制小灯泡的亮暗。

在图1-1所示的手电筒电路中，电池将化学能转换成电能，小灯泡将电能转换成光能和热能，导线实现能量的传输。

2．电路的状态

电路状态可以分为3种：通路、开路及短路。在图1-1所示的电路中，若开关合上，则电路被接通，小灯泡亮，为通路；若开关断开，则电流不通，小灯泡灭，为开路（也可称为断路）。当电源不经负载直接闭合形成回路时，为短路，此时电流很大，常会损坏电气元器件。

1.1.2 电路模型

模型的概念在各学科的研究中都有应用。只有在一些理想化的条件下建立模型的基础上，才能对各学科进行深入研究。这种类似的研究方法，也被应用在电路的研究之中。

成千上万的实际电路的元器件在外形、结构及功能等各个方面千差万别，这给研究实际电路带来不便，但当我们抛开它们的外表、研究其电磁特性时，又会发现它们有许多共同的特性存在，比如白炽灯，电流通过时消耗电能，表现电阻性，同时又会产生磁场，表现为电感性。研究表明，其感性很弱。因此，为了便于分析，可以忽略白炽灯的感性而用一个理想电阻元件来等效。电烙铁、电炉也主要消耗电能，都可以将它们归结为电阻元件。把电池、发电机等能发出电能的器件归结为电源。

把实际电路元器件用理想电路元器件（电阻、电感和电容等）等效之后，用特定的图形符号表示，这样组成的电路图称为理想电路模型，简称为电路模型。由上面的分析可知，白炽灯和电炉的电路模型是相同的，都是电阻电路，电阻电路的电路模型如图1-2所示。在本书中所讨论的电路，如无特殊说明，均指的是电路模型，元器件均为理想元器件。部分电气图形符号见表1-1。

电路可分为集总参数电路和分布参数电路，集总参数电路按其元器件参数是否为常数，又分为线性电路和非线性电路。本书重点学习集总参数元器件和集总参数线性电路的分析方法。

1.1.3 电路图

电路图是人们为了研究和工程的需要，用国家标准化的图形符号绘制的一种表示各元器件组成的图形。用导线将电源、开关（电键）、用电器、电流表及电压表等连接起来组成电路，再按照统一的符号将它们表示出来，这样绘制出的图就称为电路图。通过电路图，可以清楚地知道电路的工作原理，因此，电路图是分析电路性能、安装电子产品的主要设计文件。在设计电路时，也可以从容地在纸上或计算机上进行，确认完善后再进行实际安装，通过调试、改进，直至成功。随着计算机发展和技术进步，可以应用计算机来进行电路的辅助设计和虚拟的电路实验，从而大大提高工作效率。

1．常用的电路图

常用到的电子电路图有：原理图、框图、装配图和印制板图等，下面简单介绍其定义。

1）原理图又被叫作电路原理图。由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理，故一般用在设计、分析电路中。当分析电路时，通过识别图样上所画的各种电路元器件符号以及它们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作情况。

2）框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说，这也是一种原理图。不过在这种图样中，除了方框和连线，几乎就没有别的符号了。它和上面介绍的原理图主要的区别在于，原理图上详细地绘制了电路的全部元器件和它们的连接方式，而框图只是简单地将电路按照功能划分为几个部分，将每一个部分描绘成一个方框，在方框中加上简单的文字说明，在方框间用连线（有时用带箭头的连线）说明各个方框之间的关系。因此，框图只能用来体现电路的大致工作原理，而原理图除了详细地表明电路的工作原理之外，还可以用来作为采购元器件、制作电路的依据。

3）装配图是为了进行电路装配而采用的一种图样，图上的符号往往是电路元器件实物的外形图。只要照着图上画的样子，把电路元器件安装起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。

4）印制板图全名是印制电路板图。是供装配实际电路使用的。印制电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔，再将电路不需要的金属箔腐蚀掉，剩下的金属箔部分作为电路元器件之间的连接线，然后将电路中的元器件安装在这块板上，利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线，从而完成电路的连接。由于这种电路板的一面或两面覆的金属通常是铜皮，所以印制电路板又称为覆铜板。印制板图的元器件分布往往和原理图中的不大一样。这主要是因为，在印制电路板的设计中，主要考虑所有元器件的分布和连接是否合理，要考虑元器件体积、散热、抗干扰以及抗耦合等诸多因素。综合这些因素设计出来的印制电路板，从外观看很难与原理图完全一致，而实际上却能更好地实现电路的功能。随着科技发展，目前印制电路板的制作技术已经有了很大的发展，除了单面板、双面板外，还有多面板，已经被大量运用到日常生活、工业生产、国防建设和航天事业等许多领域。

在上面介绍的4种形式的电路图中，电路原理图是最常用也是最重要的。能够看懂原理图，也就基本掌握了电路的原理，绘制框图、设计装配图及印制板图就都比较容易了，进行电器的维修、设计也十分方便。因此，关键是掌握原理图。

2．电路图的组成

电路图主要由元器件符号、连线、节点及注释4大部分组成。

1）元器件符号表示实际电路中的元器件，它的形状与实际的元器件不一定相似，甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元器件的特点，而且引脚的数目都和实际元器件保持一致。

2）连线表示的是实际电路中的导线，在原理图中虽然是一根线，但在常用的印制电路板中往往不是线，而是各种形状的铜箔块，就像收音机原理图中的许多连线在印制电路板图中并不一定都是线形的一样，也可以是一定形状的铜膜。

3）节点表示几个元器件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有与节点相连的元器件引脚、导线，不论数目多少，都是导通的。

4）注释在电路图中也是十分重要的，电路图中所有的文字都可以归入注释一类。在电路图的各个地方都有注释存在，它们被用来说明元器件的型号、名称等。