Построение моделей — схем замещения реальных компонентов электрических цепей, отражающих с достаточной полнотой связи между токами и напряжениями на его зажимах, является неоднозначной задачей. При достаточной ясности физических процессов в объекте моделирования схема замещения может полно выражать соотношения, отражающие его внутреннюю структуру. Однако подобная физическая модель — даже для сравнительно простых объектов обычно содержит большое число элементов. Более простые модели —  так называемые макромодели — можно получить моделированием соотношений между токами и напряжениями на отдельных выводах объекта, определяемых экспериментально. Это наиболее удобно при построении статических моделей компонентов при неизменных во времени токах и напряжениях. Для учета динамических свойств объекта, определяющих соотношения между изменяющимися во времени токами и напряжениями, к такой макромодели добавляют паразитные емкости между отдельными выводами моделируемого объекта и индуктивности выводов. Характер подобной динамической модели и число входящих в нее элементов существенно зависят от скорости изменения токов и напряжений (при периодических процессах — от диапазона частот). Так, для правильного описания поведения элементов при высоких частотах может потребоваться модель с распределенными параметрами.   

Другим важным аспектом выбора схемы замещения является уровень или диапазон изменения токов и напряжений, для которого предназначена модель. Глобальная модель описывает поведение объекта при любых возможных токах и напряжениях на его зажимах. Она, как правило, содержит нелинейные элементы. Локальную модель используют для описания работы объекта в ограниченном диапазоне изменения токов и напряжений, когда возможна линеаризация характеристик нелинейных элементов — замена их касательными в рабочей точке. Такая модель содержит только линейные элементы. Подобный режим работы, при котором изменяющиеся во времени составляющие токов и напряжений малы по сравнению с их постоянными значениями в рабочей точке (малосигнальный режим), зачастую специально обеспечивается в цепях с нелинейными элементами, в которых необходимо сохранить форму переменной составляющей сигнала при его преобразовании в цепи.

Однако при выборе схемы замещения не следует стремиться учесть все факторы (включая и малосущественные в данных конкретных условиях). В ряде случаев использование модели, построенной с учетом малосущественных факторов, не просто усложняет проблему анализа, но и приводит к принципиальным затруднениям при получении решения. Поэтому при моделировании компонентов цепи целесообразно ограничиваться простейшей схемой замещения, отражающей лишь наиболее существенные стороны изучаемого процесса. 

Проиллюстрируем сказанное на примере построения модели индуктивной катушки. Так, ее схема замещения на постоянном токе содержит лишь активное сопротивление провода, из которого она выполнена (рис. 1.5, а). При низких частотах (малой скорости изменения тока и напряжения) необходимо учитывать индуктивность катушки, и ее схема замещения приведена на рис. 1.5, б. Такое описание не является исчерпывающим, так как при высоких частотах становятся существенными токи, замыкающиеся по диэлектрику между отдельными витками. Их моделирует схема замещения с паразитной емкостью (рис. 1.5, в). При еще более высоких частотах необходимо учитывать распределенный характер сопротивления, индуктивности и емкости (рис. 1.5, г). Такой подход имеет общий характер — схемы замещения компонентов электрической цепи с распределенными параметрами составляются путем соединения фрагментов с сосредоточенными параметрами, каждый из которых моделирует участок компонента, например, группу витков или один виток катушки, обладающий параметрами R', L', C'.

Pис. 1.5

Аналогично строятся модели резисторов и конденсаторов, которые в простейшем случае могут включать один элемент R или C, либо дополнительно учитывать паразитные индуктивности компонентов, потери в диэлектрике конденсатора, либо отражать распределенный характер параметров компонента.

Как уже отмечалось (см. п. 1.2), реальные источники энергии отличаются от идеальных источников тем, что напряжение на их зажимах и ток зависят друг от друга, т. е. зависят от нагрузки источника. Простейший вариант схемы замещения источника, учитывающий это, включает идеальный источник ЭДС e и его внутреннее сопротивление R₀ (рис. 1.6, а). Внешняя характеристика —  зависимость u(i) — такого источника описывается уравнением u = e – R₀i. Та же зависимость может быть смоделирована источником тока J и внутренней проводимостью G₀ (рис. 1.6, б), внешняя характеристика которого выражается соотношением i = J – G₀u.

Рис. 1.6

Сопоставление обеих внешних характеристик показывает, что обе схемы  эквивалентны друг другу при выполнении условий:

J = e/R₀; G₀ = 1/R₀. 

Эти соотношения позволяют осуществить замену идеального источника ЭДС e и сопротивления R₀ (рис. 1.6, а) эквивалентным соединением идеального источника тока J = e/R₀ и того же сопротивления R₀ (рис. 1.6, б). Возможен также и обратный переход от соединения элементов J и G₀ к эквивалентным e и R₀. Идеальные источники ЭДС, обладающие нулевым внутренним сопротивлением, и источники тока с нулевой внутренней проводимостью (или бесконечным внутренним сопротивлением) не могут быть эквивалентно преобразованы друг в друга.

Процедура моделирования активных элементов электронных цепей — биполярного транзистора и операционного усилителя будет рассмотрена в п. 27.3.

В дальнейшем будем полагать, что исходной для анализа цепи является ее схема замещения, т. е. этап моделирования реальных компонентов цепи уже выполнен. Схема электрической цепи —  ее графическое изображение —  содержит информацию двоякого рода: о составе элементов цепи и о способе их соединений (о структуре цепи).