1.1 電路與電路模型

1.1.1 電路

電作為一種優越的能量形式和信息載體已經成為當今社會不可或缺的重要組成部分，而電的產生、傳輸和應用又必須通過電路來實現。由各種電氣元器件按一定方式連接，并可提供電量傳輸路徑的總體，稱為電路或電網絡。電路的作用是實現能量的傳輸和轉換等。

1．電路的組成

盡管實際電路的形式多種多樣，但在本質上都是由電源（或信號源）、負載、中間環節這3個部分組成的。以手電筒電路為例，手電筒電路圖如圖1-1所示。圖1-1中左側是電池，右側小燈泡是負載，導線及開關為中間環節。

各個組成部分的功能如下。

電源（信號源）：將其他形式的能量（如熱能、機械能、化學能等）轉換成電能。如各類發電機、干電池、蓄電池及各種傳感器等。

負載：將電能轉換成其他形式的能量。如小燈泡、熒光燈、電動機及電爐等。

中間環節起連接、控制及分配等作用，包括連接導線、控制器件等。

連接導線：連接電源和負載，以形成回路，讓電流流通。

控制器件：其作用是控制電路的狀態，例如開關用以接通或斷開電流流通的路徑，控制小燈泡的亮暗。

在圖1-1所示的手電筒電路中，電池將化學能轉換成電能，小燈泡將電能轉換成光能和熱能，導線實現能量的傳輸。

2．電路的狀態

電路狀態可以分為3種：通路、開路及短路。在圖1-1所示的電路中，若開關合上，則電路被接通，小燈泡亮，為通路；若開關斷開，則電流不通，小燈泡滅，為開路（也可稱為斷路）。當電源不經負載直接閉合形成回路時，為短路，此時電流很大，常會損壞電氣元器件。

1.1.2 電路模型

模型的概念在各學科的研究中都有應用。只有在一些理想化的條件下建立模型的基礎上，才能對各學科進行深入研究。這種類似的研究方法，也被應用在電路的研究之中。

成千上萬的實際電路的元器件在外形、結構及功能等各個方面千差萬別，這給研究實際電路帶來不便，但當我們拋開它們的外表、研究其電磁特性時，又會發現它們有許多共同的特性存在，比如白熾燈，電流通過時消耗電能，表現電阻性，同時又會產生磁場，表現為電感性。研究表明，其感性很弱。因此，為了便于分析，可以忽略白熾燈的感性而用一個理想電阻元件來等效。電烙鐵、電爐也主要消耗電能，都可以將它們歸結為電阻元件。把電池、發電機等能發出電能的器件歸結為電源。

把實際電路元器件用理想電路元器件（電阻、電感和電容等）等效之后，用特定的圖形符號表示，這樣組成的電路圖稱為理想電路模型，簡稱為電路模型。由上面的分析可知，白熾燈和電爐的電路模型是相同的，都是電阻電路，電阻電路的電路模型如圖1-2所示。在本書中所討論的電路，如無特殊說明，均指的是電路模型，元器件均為理想元器件。部分電氣圖形符號見表1-1。

電路可分為集總參數電路和分布參數電路，集總參數電路按其元器件參數是否為常數，又分為線性電路和非線性電路。本書重點學習集總參數元器件和集總參數線性電路的分析方法。

1.1.3 電路圖

電路圖是人們為了研究和工程的需要，用國家標準化的圖形符號繪制的一種表示各元器件組成的圖形。用導線將電源、開關（電鍵）、用電器、電流表及電壓表等連接起來組成電路，再按照統一的符號將它們表示出來，這樣繪制出的圖就稱為電路圖。通過電路圖，可以清楚地知道電路的工作原理，因此，電路圖是分析電路性能、安裝電子產品的主要設計文件。在設計電路時，也可以從容地在紙上或計算機上進行，確認完善后再進行實際安裝，通過調試、改進，直至成功。隨著計算機發展和技術進步，可以應用計算機來進行電路的輔助設計和虛擬的電路實驗，從而大大提高工作效率。

1．常用的電路圖

常用到的電子電路圖有：原理圖、框圖、裝配圖和印制板圖等，下面簡單介紹其定義。

1）原理圖又被叫作電路原理圖。由于它直接體現了電子電路的結構和工作原理，故一般用在設計、分析電路中。當分析電路時，通過識別圖樣上所畫的各種電路元器件符號以及它們之間的連接方式，就可以了解電路的實際工作情況。

2）框圖是一種用方框和連線來表示電路工作原理和構成概況的電路圖。從根本上說，這也是一種原理圖。不過在這種圖樣中，除了方框和連線，幾乎就沒有別的符號了。它和上面介紹的原理圖主要的區別在于，原理圖上詳細地繪制了電路的全部元器件和它們的連接方式，而框圖只是簡單地將電路按照功能劃分為幾個部分，將每一個部分描繪成一個方框，在方框中加上簡單的文字說明，在方框間用連線（有時用帶箭頭的連線）說明各個方框之間的關系。因此，框圖只能用來體現電路的大致工作原理，而原理圖除了詳細地表明電路的工作原理之外，還可以用來作為采購元器件、制作電路的依據。

3）裝配圖是為了進行電路裝配而采用的一種圖樣，圖上的符號往往是電路元器件實物的外形圖。只要照著圖上畫的樣子，把電路元器件安裝起來就能夠完成電路的裝配。這種電路圖一般是供初學者使用的。

4）印制板圖全名是印制電路板圖。是供裝配實際電路使用的。印制電路板是在一塊絕緣板上先覆上一層金屬箔，再將電路不需要的金屬箔腐蝕掉，剩下的金屬箔部分作為電路元器件之間的連接線，然后將電路中的元器件安裝在這塊板上，利用板上剩余的金屬箔作為元器件之間導電的連線，從而完成電路的連接。由于這種電路板的一面或兩面覆的金屬通常是銅皮，所以印制電路板又稱為覆銅板。印制板圖的元器件分布往往和原理圖中的不大一樣。這主要是因為，在印制電路板的設計中，主要考慮所有元器件的分布和連接是否合理，要考慮元器件體積、散熱、抗干擾以及抗耦合等諸多因素。綜合這些因素設計出來的印制電路板，從外觀看很難與原理圖完全一致，而實際上卻能更好地實現電路的功能。隨著科技發展，目前印制電路板的制作技術已經有了很大的發展，除了單面板、雙面板外，還有多面板，已經被大量運用到日常生活、工業生產、國防建設和航天事業等許多領域。

在上面介紹的4種形式的電路圖中，電路原理圖是最常用也是最重要的。能夠看懂原理圖，也就基本掌握了電路的原理，繪制框圖、設計裝配圖及印制板圖就都比較容易了，進行電器的維修、設計也十分方便。因此，關鍵是掌握原理圖。

2．電路圖的組成

電路圖主要由元器件符號、連線、節點及注釋4大部分組成。

1）元器件符號表示實際電路中的元器件，它的形狀與實際的元器件不一定相似，甚至完全不一樣。但是它一般都表示出了元器件的特點，而且引腳的數目都和實際元器件保持一致。

2）連線表示的是實際電路中的導線，在原理圖中雖然是一根線，但在常用的印制電路板中往往不是線，而是各種形狀的銅箔塊，就像收音機原理圖中的許多連線在印制電路板圖中并不一定都是線形的一樣，也可以是一定形狀的銅膜。

3）節點表示幾個元器件引腳或幾條導線之間相互的連接關系。所有與節點相連的元器件引腳、導線，不論數目多少，都是導通的。

4）注釋在電路圖中也是十分重要的，電路圖中所有的文字都可以歸入注釋一類。在電路圖的各個地方都有注釋存在，它們被用來說明元器件的型號、名稱等。