1.2 电路的基本元件

电路是由基本元件构成的，下面对几种基本元件的数学模型和物理性质进行讨论。

1.2.1 电压源

图1-19（a）所示为电源为电池。它的电动势E和内电阻r0从电路结构上来看，是紧密地结合在一起而不是截然分开的。但为了便于对电路分析计算，可用E和r0串联的电路结构来代替实际的电源，如图1-19（b）所示。电源用一个定值的电动势和一个内部电压降来代表，这种电路称为电压源等效电路，简称电压源。

在电压源中，如果令r0=0，则UAB=E。因为E通常是一恒定值，所以这种电压源称为理想电压源，又称为恒压源。理想电压源只是从电路中抽象出来的一种理想元件，实际上并不存在，但从电路理论分析的观点来看，引入这种理想元件是有用的。如果电源的内电阻r0远小于负载电阻RL，那么随着外电路负载电流的变化，电源的端电压可基本上保持不变，这种电源就接近于一个恒压源。例如，稳压电源在它的工作范围，就认为是一个恒压源。理想电压源的图形符号如图1-20所示。

1.2.2 电流源

电源除用电压源的形式表示外，还可用电流的形式来表示。将电源改为一个电流IS和内电阻R0来表示，这种电路称为电流源等效电路，简称电流源，如图1-21所示。

在电流源中，如果令 0R=∞，IS在电源内被分去的电流等于零，因此，I=IS。此时电源输出的电流为恒定值，且和外电路的负载电阻的大小无关。这种电流源称为理想电流源，又称恒流源。理想电流源实际上也是不存在的，如果电源的内电阻远大于负载电阻，那么随着外电路负载电阻的变化，电源输出的电流几乎不变，这种电源就接近于一个恒流源如图1-22所示。

1.2.3 电阻元件

电阻元件是一种消耗电能的元件。遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻。如果把加在线性电阻两端的电压取为横坐标，流过线性电阻的电流取为纵坐标，画出它的电压和电流的关系曲线称为该电阻的伏安特性，则线性电阻的伏安特性是一条通过原点的直线，如图1-23（a）所示。

如果电阻元件的伏安特性是一条曲线，则此电阻称为非线性电阻。图1-24（a）表示半导体二极管的伏安特性，由图1-24（a）可以看出，半导体二极管中的电流与加在它两端的电压不成正比关系，不遵循欧姆定律，所以它是一个非线性电阻元件。图1-24（b）表示白炽灯灯丝的伏安特性，它也是一种非线性元件。

实际上所有的电阻器、电阻炉等元件的伏安特性或多或少地存在着非线性关系。但是，这些元件在一定的工作电流范围内，它们的伏安特性近似为一条直线，所以这些元件尤其是像金属膜电阻器、线绕电阻器等均可认为是线性电阻。全部由线性元件组成的电路称为线性电路，本章仅讨论线性直流电路。

1.2.4 电感元件

电感元件是一种能够储存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。电感元件的电路符号如图1-25所示。

电感元件伏安特性可用表示。只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但u=0，相当于短路。L称为电感元件的电感，单位是亨[利]（H），存储能量为。

1.2.5 电容元件

电容元件是一种能够储存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。电容元件的电路符号如图1-26所示。

电容元件伏安特性可用表示。只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但i=0，相当于开路，即电容具有隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法[拉]（F），存储能量为。