1.1　实际电路和电路模型

实际电路是指由电器件或电工设备按照预期目的连接而形成的电流通路。电器件和电工设备包括电阻器、电感器、电容器、二极管、三极管、电动机、发电机和变压器等。日常生活中，实际电路多种多样，功能各异，大到高电压远距离电力输电线路，小到芯片上的集成电路，但它们都遵循相同的基本规律。

实际电路的构成一般包括电源、中间环节和负载3个部分。电源是指电路中提供电能或电信号的电工设备和电器件，通常也称为激励，由激励产生的电压和电流称为响应。负载是指消耗电能的电工设备和电器件。连接电源和负载的中间部分称为中间环节。根据不同的应用场合，实际电路主要实现电能的传输与分配、信息的传递与处理两大功能。

电路分析主要是指计算和分析电路中各部分的电压、电流及功率，一般不涉及电路内部发生的物理过程。研究的对象不是实际电路而是实际电路的模型，主要研究过程是先对实际电路进行近似和假设，建立合适的理想化模型，然后对该模型列写方程进行定性或者定量分析，最后得到分析结果。电路分析过程如图1-1所示。

图1-1 电路分析过程

以手电筒电路为例，具体说明由实际电路到电路模型的分析思路。图1-2（a）所示为实际手电筒电路，由电池、开关、灯泡和导线连接而成，电池为电源，灯泡为负载。其电路模型如图1-2（b）所示，电池的模型用理想电源Es和电阻元件R0串联近似表示，反映了将电池内化学能转换为电能及电池本身耗能的物理过程；开关模型用接通电阻为零、断开电阻为∞的理想开关近似表示；灯泡的模型用电阻R近似表示，反映了电能转换为热能和光能这一物理现象；导线模型用电阻为零的理想导线近似表示。

图1-2 实际手电筒电路与电路模型

由实际电路抽象为电路模型，是对实际电器件建模的过程。需要注意的是，同一个电器件在不同的应用场合会得到不同的模型。例如，一个线圈，在直流情况下可用电阻作为其模型；在低频交流情况下可用电阻和电感的串联进行建模；在高频交流情况下则必须考虑寄生电容的影响，所以其模型是在电阻和电感串联的基础上再并联一个电容。由此可见，模型选取恰当与否，直接决定了其是否能比较真实地反映实际情况。在对实际电路进行建模时并不是越复杂越好，太复杂会因计算量大而造成分析困难，太简单则可能导致计算结果误差过大，所以建模时要综合考虑模型精确度和计算量之间的关系。

集总参数电路和分布参数电路的判断

电路模型分为集总参数电路模型和分布参数电路模型两种。当实际电路的几何尺寸d远小于电路工作时电磁波的波长λ，即d<<λ时，电磁波在电路中传播的时间可以忽略，此时空间因素不予考虑，电路中的电信号仅为时间的函数，电路可以近似为由理想电路元件构成的电路模型。这种电路称为集总参数电路，否则称为分布参数电路。理想电路元件也称为集总参数元件。由理想电路元件互连而成的电路模型称为集总参数电路模型。

例如，我国电力系统工频为50Hz，电磁波的传播速度近似为光速，即v≈c=3×108m/s，则电磁波的波长为

工频下除电力系统传输线以外，绝大多数电路的尺寸都远远小于6000km，因此一般都能作为集总参数电路进行处理。电子电路中常含有高频信号，高频信号下电磁波的波长可能很小，所以不能认为只要电路尺寸小就属于集总参数电路。

理想电路元件的特点是没有空间大小，用于表征单一电磁现象，具有精确的特性方程。如用理想电源元件表征具备提供能量能力的电器元件或设备，用理想电阻元件表征电路的耗能特性，用理想电容元件表征电路的电场效应，用理想电感元件表征电路的磁场效应等。当电路元件有n个端子与外电路相连时，称为n端元件。

本书以集总参数电路为研究对象进行电路分析。