1.1　实际电路和电路模型

实际电路是由各种电气设备按照一定方式相互连接而构成的具有一定功能的电流通路。这些电气设备主要包括发电设备（称为电源），如各种发电机、电池等；用电设备（称为负载），如各种电动机、灯泡等；传输、控制等辅助设备，如输电线、开关等。实际电路的主要功能是实现电能或电信号的产生、传输、转换和处理。

人们在工作生活中会遇到很多实际电路，有些电路十分复杂，包含成百上千个元器件，有些电路十分简单，只包含几个元器件。图1-1（a）是日常生活中常用的手电筒实际电路，它由干电池、灯泡、开关、连接导线组成。表1-1列举了一些我国国家标准中的电气图用图形符号，用这些符号可以绘出电气图。电气图用来表明电气设备的工作原理，为分析线路、排除电路故障提供依据。手电筒电路的电气图如图1-1（b）所示。

实际的电路元器件多种多样，其工作过程都与电路中的电磁现象有关。任何一个实际元器件，在电压电流的作用下都包含消耗电能、存储电场能量、存储磁场能量三个基本效应，这些基本效应交织在一起，会使电路的分析和研究变得比较复杂。因此，实际电路分析需要建立电路模型。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。

电路理论是建立在理想化模型的基础上，它分析的对象并非实际电路，而是电路模型。

电路理论中所说的电路，是指由各种理想电路元件按照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。理想电路元件的数学关系反映实际电路器件的基本物理规律。每一种理想电路元件都可以表示实际元器件所具有的一种主要电磁性能，并且用规定的图形符号表示。任何一种实际元器件，根据其不同的工作条件总可以用一个或几个不同的理想元件的组合来表征。

常用的理想电路元件有理想电阻元件、理想电容元件、理想电感元件和理想电压源元件、理想电流源元件等。例如，理想电阻元件仅表征消耗电能并转变成非电能的特征，白炽灯、电阻器、电炉等实际电路器件，在一定条件下都可以用理想电阻元件作为电路模型；理想电压源元件表征提供固定电压的特征，干电池、蓄电池和发电机等电路器件在一定条件下都可以用理想电压源元件或者理想电压源元件串联理想电阻元件作为电路模型。这样，可以得到手电筒电路的电路模型如图1-1（c）所示。图中干电池用理想电压源U_S（反映电池提供固定的电压）和理想电阻元件R_S（反映电池本身的耗能）串联组合的电路模型表示；电阻元件R_L作为灯泡的电路模型（反映灯泡消耗电能）；连接线用理想导线（电阻为0）来表示；开关用理想开关元件（开关动作可以瞬间完成，无延迟且导通后开关电阻为0）来表示。图1-1（c）中用到了理想电阻、理想电压源和理想开关的元件图形符号。其他理想元件的图形符号将在后面陆续介绍。

本书论述的电路分析内容遵循两条公理和一条假设。

1.电荷守恒

电荷在电路中的定向移动形成电流。电荷在运动过程中经过电路元件，有的元件吸收能量，有的元件释放能量，但电荷的数量在运动过程中保持不变，即电荷守恒。

2.能量守恒

电路的功能是转换与传输能量，在转换和传输过程中遵循能量守恒定律。

3.集总假设

集总假设为本书的基本假设。

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。每一种集总参数元件只反映一种基本电磁现象。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。需要指出，用集总参数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远小于电路最高工作频率对应的波长λ，即

例如，在音频范围内，频率约为20Hz～20kHz，对应的信号波长为15km～15000km。对于大多数用电设备来说，其尺寸与之相比可以忽略不计，因此，应用集总参数电路模型是合适的。但是对于数百千米甚至上千千米的通信线路和电力传输线路，则不满足上述条件，不能用集总参数电路来分析。又例如，在微波电路中，信号波长λ=0.1～10cm，此时波长与元件尺寸属于同一数量级，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，集总参数模型失效，应当采用分布参数电路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。