电路的构成和模型化

电路是电流的通路,它是为了实现某种功能或者某种需要,由若干电工设备或电气元件按一定方式连接起来。任何一个实际电路无论其复杂程度如何,都无一例外地包括电源、负载和中间环节这三个要素。

电源是电路中电能的提供者,其作用是将其他形式的能量转换成电能。作为直流电源的有干电池、蓄电池、直流发电机、整流电源等,作为交流电源的有交流发电机。

负载是电路的能量消耗者,其作用是将电能转化成所需要形式的能量。例如,将电能转化成机械能的电动机、转换成光能的电灯、转换成热能的电炉等用电设备。

中间环节主要包括连接导线和一些控制器件,它们连接于电源和负载之间,起电能的传递、控制、分配和保护等作用。

实际电路的种类有很多,按功能分为两大类:电力电路(即强电电路)和信号电路(即弱电电路)。

电力电路主要用来实现电能的传输和转换。复杂的有电力系统,比如在发电厂内,发电机可把热能、水能或核能等其他形式的能量转换为电能,然后通过变压器和输电线等这些中间环节来传输和分配电能。简单的电路如手电筒电路,如图1-1所示。

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图1-1　手电筒电路

信号电路主要用来实现信号的传递和处理。如扩音器电路,先由话筒把语言或音乐(通常称为信息)转换为相应的电压和电流,它们就是电信号;而后通过放大电路的转换和放大处理传递到扬声器,把电信号还原为语言或音乐。话筒是输出信号的设备,称为信号源,相当于电源,但与上述的发电机、电池这种电源不同,信号源输出的电信号(电压和电流)的变化规律是取决于所加的信息的。扬声器是接受和转换信号的设备,也就是负载。

不论电能的传输和转换,或者信号的传递和处理,其中电源或信号源的电压与电流均称为激励,它推动电路工作;由激励在电路各部分产生的电压和电流称为响应。所谓电路分析,就是在已知电路的结构和元件参数的条件下,讨论电路的激励与响应之间的关系。

图1-2　用电路符号绘制的电路图

实际生活和生产中的电气元件有很多,性能又很复杂。为了研究电路的基本规律,掌握电路元件最本质的物理特性,就需要对实际电路元件进行科学的概括和抽象,形成一些具有特定的电磁性质的理想元件,即模型元件,由理想元件组成的电路叫做电路模型,简称电路图。在电路图中,各种模型元件都用相应的符号表示。例如手电筒电路用电路符号表示即构成电路图,如图1-2所示。