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电流的秘密：为什么所有电路都是网络，但不是所有网络都是电路？
在我们的日常生活中，从简单的手电筒到复杂的计算机，电路的存在是无处不在的。然而，许多人对于电路与电气网络的实质区别仍然存在困惑。这篇文章将深入探讨这两者之间的关系，让读者了解所有电路都是网络，但并非所有网络都是电路的原因。
电气网络的定义
电气网络是指由各种电气元件（如电池、电阻器、电感器、电容器、开关和晶体管）相互连接而形成的系统。这种连接不仅限于一组元件，也可以是这些元件的模型。电气元件可以包括电压源和电流源等。
「所有的电路都是网络，但不是所有的网络都是电路。」
电路的特性
电路被定义为一个封闭的回路，提供电流的返回路径。因此，所有的电路无疑都是网络。然而，并非所有网络都有这种封闭回路。那些没有形成闭环的连接，常常会被模糊地称为「电路」，这是一种不精确的用法。
网络的分类
按被动性分类
在网络中，主动网络至少包含一个可以无限供能的电压源或电流源。这些源能注入电力，并提供电源增益。而被动网络则不包含任何主动源，仅由电阻器和电容器等被动元件组成。
按线性分类
线性电气网络只能包括电压或电流源以及线性元件（如电阻器、电容器和电感器）。这种网络的特性在于可以透过信号的线性重叠进行分析，从而更容易使用法拉第和拉普拉斯变换等频域方法进行计算。
按长度分类
在设计时，元件被称为「集中元件」，其电阻、电容或电感被假定在单一位置上。然而，当频率足够高或电路足够长时，这种信念就不再成立。此时，我们需要引入「分布式元件模型」，该模型考虑了电流和电压的空间分布。
电源的分类
独立源与依赖源
根据供能的方式，电源可以分为独立源和依赖源。独立源不受电路中其他元件影响，持续提供固定电压或电流，而依赖源则根据电路中的某个元件的状态进行供能。
电气法律应用
多种电气法律适用于所有线性电阻网络，包括基尔霍夫电流定律和电压定律等。这些法律帮助工程师分析电路的行为并为其设计提供基础。
「基尔霍夫电流定律：进入一个节点的所有电流总和等于离开该节点的所有电流总和。」
设计方法
在设计电路时，工程师需要准确预测电路中所有点的电压和电流。对于简单的线性电路，工程师可透过手动计算与复杂数理理论进行分析。而更为复杂的电路通常需要运用专用的计算机模型或模拟软件来预测行为。
网络模拟软体
大型或复杂的电路设计通常需要利用诸如SPICE或GNUCAP这类数值模拟软体进行分析。这些软体可以大幅减少设计原型的时间和成本，减少出错的可能性。
「电路初步状态的找寻是模拟过程中非常重要的一步。」
结论
尽管电气网络和电路的定义往往被混淆，但透过仔细的分析，我们可以区分这两者的不同。无论在技术或日常应用中，理解这些概念都对推进我们的电子知识至关重要。那么，在未来的电气设计中，你是否能巧妙应用这些原则呢？
