第1章　電路的基本概念和電路定律

1.1　電路和電路模型

1.電路的概念

人們在生產和生活中經常會遇到一些實際電路，它們是由各種電氣器件按照一定方式連接而成，其結構形式多種多樣，所完成的任務各不相同。圖1-1所示為一個簡單的直流照明電路，它由三部分組成：①電源（供能元件）：為電路提供電能的設備和器件（如電池、發電機等），作用是將其他形式的能量轉換成為電能；②負載（耗能元件）：使用（消耗）電能的設備和器件（如燈泡等用電器），作用是將電能轉換成為其他形式的能量；③輔助元件：控制電路工作狀態的器件或設備（如開關等），起著傳輸和分配電能的作用；④連接導線：將電氣設備和元器件按一定方式連接起來（如各種銅、鋁電纜線等）。

由此可以看出，電路的一個重要作用是進行電能的轉換、傳輸與分配。

電路的另一個重要作用是信號的傳輸與處理。圖1-2所示是一個擴音機的工作過程。話筒將聲音的振動信號轉換為電信號，即相應的電壓和電流，經過放大處理后，通過電路傳遞給揚聲器，再由揚聲器還原為聲音信號。

實際電路的結構和復雜程度相差很大。例如，電力系統或通信系統可能長達數百、數千，甚至上萬公里；集成電路可以在很小的芯片上集中成千上萬，甚至數十萬個晶體管，相互連接成為一個復雜的電路或系統。電路理論主要研究電路中發生的電磁現象，并用電流、電壓或磁通等物理量來描述其工作過程。電路理論主要用于計算電路中各器件的端子電流和端子間的電壓，一般不涉及內部發生的物理過程。

2.電路模型

本書討論的不是實際的電路，而是電路模型。由理想元件相互連接構成的電路叫做實際電路的電路模型，也叫做實際電路的電路原理圖，簡稱電路圖。實際電路元件可由理想元件或其組合來模擬。這些理想元件是組成電路模型的最小單元，是具有某種確定電磁性質的假想元件，是一種理想化的模型，并具有精確的數學定義，不考慮其實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性。理想元件根據其端子數目的不同，分為二端、三端、四端元件，等等。當電路的幾何尺寸遠小于電路工作時的波長時，可以認為理想電路元件的電磁過程都是集中在元件內部進行的，即滿足：在任何時刻，流入二端元件的電流恒等于流出元件另一端的電流，兩個端子之間的電壓是單值的。這樣的元件稱為集總（參數）元件，由集總元件構成的電路稱為集總電路或具有集總參數的電路。本書只討論集總電路，具有分布參數的電路請參閱其他書籍。

對于圖1-1（a）所示照明電路，其電路模型如圖1-1（b）所示，小燈泡用標準燈泡符號表示，干電池用電壓源和電池本身的電阻串聯來表示，連接導線用相應的理想導線（即認為其電阻為零）或線段表示。

用理想電路元件或其組合來模擬實際電路元件時，必須要考慮其工作條件，按照不同精度要求，把給定工況下的主要物理現象及功能反映出來。例如，在直流工況下，一個線圈的模型可以用一個電阻元件來模擬；在工作頻率較低時，可以用電阻元件和電感元件的串聯進行模擬；在頻率較高時，線圈繞線間的電容效應不容忽視，在這種情況下，表征該線圈的較精確模型應當包含電容元件?？梢姡诓煌臈l件下，同一個實際器件可能要用不同的電路模型來模擬。

本書的主要內容是電路分析，研究電路的基本定律和定理，討論各種計算方法，即根據已建立的電路模型，研究其中的電壓、電流和電功率之間的聯系規律，并為后續學習電氣工程技術、電子和信息工程技術等建立必要的理論基礎。