1.1.1 电路的概念与电路模型

1.电路的概念

电路是电流通过的路径。电路有简有繁，如简单的手电筒电路，复杂的电力系统、计算机电路等。一个完整的电路是由电源、负载、中间环节（包括开关和导线等）三部分按一定方式组成的。电源是电路的核心部件，是将其他形式的能量转变成电能的装置，是为电路提供电能的设备，如发电机、蓄电池、光电池等都是电源。中间环节是传输、控制电能或信号的部分，它连接电源和负载，提供电流通过的路径，并对电流的通、断、流向等进行控制，如连接导线、控制电器、保护电器、放大器等都是中间环节。负载是电路的耗能元件，它取用电源电能并将其转换为人们所需的其他形式的能量，如白炽灯、电动机、电暖气、扬声器等都是负载。在电路中电源与负载之间进行着能量的交换，由电源将其他形式的能量转换成电能，通过电流的流动，又将电能转换成光能、机械能、热能及人们需要的其他形式的能量。例如，白炽灯将电能转换成光能供人们照明；电动机将电能转换成机械能为设备提供动力；电暖气将电能转换成热能供人们取暖。

现代工程技术领域中存在着种类繁多、形式和结构各不相同的电路，但就其功能而言，实际电路可分为两大类。一类是电力电路，又称强电电路，它是发电、变电、供配电系统的总称，主要作用是进行能量的转换和电能的传输及分配。图1-1所示是一个复杂的电力电路，由发电机（电源）将其他形式的能量转换为电能，经过升压变压器进行升压后，通过输电线进行远距离输电，之后经过降压变压器进行降压，变成大多数用户所需的220V、380V等交流电，给白炽灯、电动机（负载）等用电设备供电，从而完成电能的传输、控制和分配。另一类是信号电路，又称弱电电路，它是用来传递和处理声音、图像、文字、温度、压力、数据等信号的电路，这类电路虽然也有能量的传输和转换问题，但其数量小，一般更关注的是信号的质量，如要求信号不失真、准确、灵敏、快速等。图1-2是一个简单的信号电路，由传声器（信号源，相当于另一类电源）将声音信号转换成电信号，再经过放大器（中间环节）进行放大，之后通过扬声器（负载）将放大的电信号再还原成声音信号，从而完成了信号的处理和传递。

图1-1 电力电路的组成及作用

图1-2 信号电路的组成及作用

随着电力电子技术的飞速发展，强电电路和弱电电路混合应用越来越受到重视，由弱电电路对强电电路进行控制的自动化设备应用越来越普遍，如数控机床等各类数控设备。这些设备的动力部分是典型的强电电路，但这些强电电路的通断，电流、电压的控制等已不再是传统的开关的通断，而是由信号电路来控制大功率电子电路，由大功率电子电路来控制电能，实现了设备的自动化控制。在电力系统中，电能的产生与传输、无功功率的补偿等也都采用了计算机和电子电路等弱电电路控制。

2.电路模型

实际的电路元器件在工作时的电磁性质是比较复杂的，绝大多数元器件具备多种电磁效应，给分析问题带来困难。为了使问题得以简化，以便于探讨电路的普遍规律，在分析和研究具体电路时，常用一些理想电路元件及其组合来表征电气设备、电工器件的主要电性能。所谓理想电路元件，就是把实际电路元器件忽略次要性质，只表征它的主要电性能的“理想化了”的“元件”。这样的元件主要有纯电阻元件、纯电感元件、纯电容元件、理想电压源和理想电流源等。如将电阻器、白炽灯等以取用电能为主要特征的电路元器件理想化为纯电阻元件；将电感线圈、绕组等以储存磁场能为主要特征的元器件理想化为纯电感元件；将电解电容等以储存电场能为主要特征的元器件理想化为纯电容元件；将电池、发电机等提供电能的装置理想化为电压源等。常见的一些理想电路元件的模型符号如表1-1所示。

表1-1 常见理想电路元件的模型符号

用理想元件及其组合代替实际电路中的电气设备、电器元件，即把实际电路的本质特征抽象出来形成的理想化了的电路，称为电路模型。如图1-3所示为实际照明电路和它的电路模型。今后本书中未加特殊说明时，我们所说的电路均指这种抽象的电路模型，所说的元器件均指理想元件。这种将电路中各种电路元器件都用理想元件的模型符号表示的电路图称为电路原理图。

图1-3 实际照明电路及其电路模型