1.1.2 电路模型

组成实际电路的元器件常常具有多种电磁属性,不能用简单的数学公式来表达。比如电阻,虽然电阻两端的电压和流过电阻的电流满足欧姆定律,但实际上这个关系不是严格成立的,因为电阻本身会发热,电能转化为热能,使得电压和电流不严格满足欧姆定律。再比如一个线圈,其自身能够储存磁场能量,即表现出电感特性,同时,线圈自身存在电阻,而且线圈的匝间还存在电容效应,这使得一个线圈的电磁特性非常复杂。

显然,具有复杂电磁特性的元器件分析起来非常不方便。为了便于对实际电路进行分析,需要对实际的元器件用理想化的元器件来代替或表达,以便于分析计算或设计。比如,理想化的电阻就是,其两端的电压和流过它的电流之比为一个常数,即电阻值,理想化的导线没有电阻。将实际电路的元器件用理想化的元器件代替而构成的电路,称为实际电路的电路模型。

实际电路元器件可以用理想的元器件或其组合来近似地表达,模拟其物理性质,而且误差不会太大。比如实际电压源,可以用理想电压源串联一个电阻来表达。实际应用表明,用理想元器件来近似实际元器件,在工程中是可行的;同时也表明,理论上设计好的电路,与实际元器件搭建的电路表现不会完全一致,需要调试。

不做特别说明,本书中出现的电气元件全部为理想元器件。为了直观,一般元器件都由对应的符号来表示,根据不同的标准,比如ANSI或DIN,图形符号也不一样。根据DIN标准,一些常见元器件的符号见表1.1。

表1.1 常见元器件的名称和符号

在本章中,电压源、电流源和电阻的符号将会经常用来画电路模型图,简称电路图。后面的章节中,电路图中将会出现电感和电容的符号。