1.3 直流电路
1.3.1 电路的工作状态
直流电路的工作状态可分为有载工作状态、开路状态和短路状态三种。
（1）有载工作状态
如图1-14所示，直流电路的有载状态是指该电路可以构成电流的通路，可为负载提供电源，使其能够正常工作的一种状态。
图1-14 直流电路的有载状态
（2）开路状态
直流电路的开路状态是指该电路中没有闭合，电路处于断开的一种状态，此时没有电流流过，如图1-15所示。
图1-15 开关断开后的开路状态
（3）短路状态
直流电路的短路状态是指该电路中没有任何负载，电源线直接相连，该情况通常会造成电器损坏或火灾的情况，如图1-16所示。
图1-16 电路中的短路状态
1.3.2 电路的连接状态
在实际应用电路中，只接一个负载的情况很少。由于在实际的电路中不可能为每个晶体管和电子器件都配备一个电源，因此，在实际应用中总是根据具体的情况把负载按适当的方式连接起来，达到合理利用电源或供电设备的目的。电路中常见的连接形式有串联、并联和混联三种。
（1）串联电路
常见的串联电路有电阻器的串联、电容器的串联、电感器的串联。
① 电阻器的串联 把两个或两个以上的电阻器依次首尾连接起来的方式称为串联。图1-17为电阻器的串联电路。
图1-17 电阻器的串联电路
提示说明
如果电阻器串联到电源两极，则电路中各处电流相等，有U1=I R1，U2=I R2，…，Un=I Rn
而U=U1+U2+…+Un，所以有U=I（R1+R2+…Rn），因而串联后的总电阻R为R=U/I=R1+R2+…+Rn，即串联后的总电阻为各电阻之和。
② 电容器的串联 电容器是由两片极板组成的，具有存储电荷的功能。电容器所存的电荷量Q与电容器的容量和电容器两极板上所加的电压成正比。
图1-18为电容器上电量与电压的关系。
图1-18 电容器上电量与电压的关系
图1-19为三个电容器串联的电路示意图及计算方法。串联电容器的合成电容量的倒数等于各电容器电容量的倒数之和。
图1-19 三个电容器串联的电路示意图及计算方法
提示说明
如果电容器上的电荷量都为同一值Q，则
将串联的三个电容器视为1个电容器C，则
即
当电容器串联代用时，如果它们的电容量不相同，则电容量小的电容器分得的电压高。所以，在串联代用时，最好选用电容量与耐压均相同的电容器，否则电容量小的电容器有可能由于分得的电压过高而被击穿。
③ 电感器的串联 图1-20为三个电感器串联的电路示意图及计算方法，串联电路的电流都相等，电感量与线圈的匝数成正比。
图1-20 三个电感器串联的电路示意图及计算方法
提示说明
电感器串联电路中，总电感量的计算方法与电阻器串联电路计算总电阻值的方法相同，即
L=L1+L2+L3
（2）并联电路
根据电路元器件的类型不同，并联电路又可以分为电阻器的并联、电容器的并联、电感器的并联等几种。
① 电阻器的并联 把两个或两个以上的电阻器（或负载）按首首和尾尾连接起来的方式称为电阻器的并联。图1-21为电阻器的并联电路。在并联电路中，各并联电阻器两端的电压是相等的。
图1-21 电阻器的并联电路
提示说明
由图1-21可见，假定将并联电路接到电源上，由于并联电路各并联电阻器两端的电压相同，因而根据欧姆定律有I1=U/R1，I2=U/R2，…，In=U/Rn，而I=I1+I2+…+In，所以有
电路的总电阻R与电压U和总电流I也应满足欧姆定律，即I=U/R，因而可得
说明并联电路总电阻的倒数等于各并联支路各电阻的倒数之和。通常把电阻的倒数定义为电导，用字母G表示。电导的单位是西门子，用S表示。
规定
因而电导式就可改写成
G= G1+ G2+…+Gn
式中
可见，并联电阻器的总电导等于各并联支路电导之和。
电阻器并联电路的主要作用是分流。当几个电阻器并联到一个电源电压两端时，通过每个电阻器的电流与其电阻值成反比。在同一个并联电路中，电阻值越小，流过的电流越大；相同值的电阻，流过的电流相等。
② 电容器的并联 图1-22为三个电容器并联的电路示意图及计算方法，总电流等于各分支电流之和。给三个电容器加上电压U，各电容器上所储存的电荷量分别为Q1=C1 U、Q2=C2 U和Q3=C3 U。
图1-22 三个电容器并联的电路示意图及计算方法
提示说明
如果将C1、C2和C3三个电容器视为一个电容器C，则合成电容的电荷量Q=CU，合成电容器的电荷量等于每个电容器的电荷量之和，即
CU=C1 U+C2 U+C3 U=（C1+C2+C3）U
即 C=C1+C2+C3
并联电容器的合成电容等于三个电容之和。
③ 电感器的并联 图1-23为三个电感器并联的电路示意图及计算方法，并联电感的倒数等于三个电感的倒数之和。即
图1-23 三个电感器并联的电路示意图及计算方法
（3）混联电路
在一个电路中，把既有电阻器串联又有电阻器并联的电路称为混联电路，图1-24是简单的电阻器混联电路。
图1-24 简单的电阻器混联电路
电路中，电阻器R2和R3并联连接，R1和R2、R3并联后的电路串联连接，该电路中总电阻值为三只电阻器混联计算后的电阻值。
分析混联电路可采用下面的两种方法。
① 利用电流的流向及电流的分合将电路分解成局部串联和并联的方法。图1-25为电阻器的混联电路，分析电路，计算出A、B两端的等效电阻值。
图1-25 混联电路
提示说明
首先假设有一电源接在A、B两端，A端为“+”，B端为“－”，则电流流向如图1-25中箭头所示。在I3流向支路中，R3、R4、R5是串联的，因而该支路总电阻RCD为：R'CD=R3+R4+R5=6Ω。
由于I3所在支路与I2所在支路是并联的，所以
即
R1、RCD和R6又是串联的，因而电路的总电阻为RAB=R1+RCD+R6=10Ω。
② 利用电路中等电位点分析混联电路。图1-26为利用电路中等电位点分析混联电路。
图1-26 利用电路中等电位点分析混联电路
提示说明
图1-26（b）为根据等电位点画出的图1-26（a）的等效电路。由图可见，R2和R3、R4并联再与R1串联，因而总电阻RAB为
（Ω）
电路总电流为：
I=E/R=2/2=1（A）
由欧姆定律可知R1两端的电压为
U1=I R1=1×1=1（V）