线性电路的分析方法解析

２０１０年２月　第１０卷第１期　廊坊师范学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌａｎｇ￣ｎｇ　Ｔｅａｃｈｅｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ（Ｎａｔｕｒｎａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｆｅｂ．２０１０　Ｖｏ１．１Ｏ　Ｎｏ．１　集成运放线性应用电路的分析方法　马连生　（廊坊师范学院，河北廊坊０６５０００）　【摘要】对运放线性应用电路的电路分析，无论是对实际工程还是理论设计都很重要，然而熟练掌握很困难。　文章介绍了运放线性应用电路的三种分析方法。　【关键词】运放；线性应用；分析方法　Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｍ　Ａ　Ｌｉａｎ－ｓｈｅｎｇ　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　Ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｍａｓｔｅｒ　ｉｔ．Ｔｈｅ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｌｉｎｅａｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｓｉｍｐｌｉｆｙ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｌｉｎｅａｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　（中图分类号］ＴＮ７２２　（文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７４—３２２９（２０１０）０１—００４９—０２　１运放的线性应用　集成运算放大器简称集成运放或运放。本文介　绍运放线性应用电路的分析方法，掌握了分析方法，　对任何运放线性应用电路的分析就很容易了。对运　放线性应用电路分析目的，就是找出电路中输出电　压与输入电压之间的关系式。　运放线性应用的重要特征是电路中具有负反　馈，即电路的输出端与输入回路之间具有负反馈网　络，这种负反馈网络可以跨接在单运放之间，也可以　跨接在多运放之间。　２运放的线性应用电路的分析方法　２．１　利用虚断和虚短的分析方法　运放线性应用电路的基本分析方法是利用虚断　和虚短对电路进行分析，即虚断（ｉ＋＝ｉ一）和虚短　（ｕ　＝ｕ一）。这种方法适用于对简单的运放线性应　用电路的分析，如反相比例运算电路分析、同相比例　运算电路分析、基本微分电路分析、基本积分电路分　析等。　例如：反相比例运算电路的分析　Ｒ　＋　＋　图１反相比例运算电路　＆形成深度电压并联负反馈，使运放工作在线　性区，即电路为运放线性应用电路。　由ｉ　＝ｉ一＝０，有：　ｉ１＝ｉｆ　（１）　Ｕ　＝０　由ｕ＋＝Ｕ一，而ｕ＋＝０，则Ｕ：０（虚地）　因ｕ一＝０，则有：　．　Ｕｉ—Ｕ—　Ｕｉ　．　Ｕ一一Ｕ０　Ｕ０　可　可　一　［收稿日期］２００９—１２—２０　［作者简介］马连生（１９５２一），男，廊坊师范学院物理与电子信息学院高级讲师，从事大学物理实验教学与研究。　・４９・

1

长春理工大学

国家级电工电子实验教学示范中心

学生实验报告

2019-2020学年 第2学期

实验题目：线性电阻电路分析

实验地点：东1教414

学 院：电子信息工程

班 级 学 号：*********

* * ****

报 告 成 绩：

2

一、实验目的

1、熟悉EWB工作平台的操作环境

2、练习利用EWB进行电路的创建

3、会用电压表和电流表对所设计电路进行测量

4、研究电压表、电流表内阻对电路测量的影响

5、通过对线性电路叠加定理验证实验的设计，训练工程实践思维模式

二、实验性质

验证性实验

三、实验内容

1、分压电路

（1）复制电子工作平台上的实验电路图

（2）测量数据记录

测量R1电压的

电压表内阻

测量值 R01 R02 R03 R04

25M 25k 25 25m

VR1（V） 6 5.883 0.286 0.3

VR2（V） 6 6.117 11.714 12

（3）数据分析及结论 3

1.当R1和R2相差不大时，满足分压公式VR1=（R1/R1+R2）*U,VR2=（R2/R1+R2）*U

2.VR1+VR2=U

2、分流电路

（1）复制电子工作平台上的实验电路图

（2）测量数据记录

R1电阻（Ω）

测量值 R11 R12 R13

25 50 75

IR1 5 3.33 2.5

IR2 5 6.67 7.5

（3）数据分析及结论

1、并联电阻分流并与电阻成反比

2、并联电阻分流之和等于电路电流

3、IR1+IR2=I，IR1/IR2=R2/R1

3、叠加定理验证实验

（1）设计思路 4

5

6

（2）测量数据及分析

图1 图2 图3

U1 1.5 2.25 -0.75

U2 30 22.5 7.5

U3 0 1.125 -1.125

（3）理论分析及结论

分析：图二，图三数据相加等于相对应的图一的数据。

线性稳压器的短路保护电路解析

一个高可靠性的线性稳压器通常需要有限流保护电路，以防止因负载短路

或者过载对稳压器造成永久性的损坏。限流保护通常有限流和折返式限流 2 种

类型。前者是指将输出电流限定在最大值，该方法最大缺点是稳压器内部损失

的功耗很大，而后者是指在降低输出电压的同时也降低了输出电流，其最大优

点是当过流情况发生时，消耗在功率管能量相对较小，但在负载短路时，大多

数折返式限流型保护电路也没有彻底关断稳压器，依然有电流流过，进而使功

率 MOS 管消耗能量，加快器件的老化。针对上述情况，在限流型保护电路的

基础上，设计改进了一个短路保护电路，确保短路情况下，关断功率 MOS 管。

本文分别定性和定量地分析了这种短路保护电路的工作过程和原理，同时给出

基于 TSMCO.18μm CMOS 工艺的 Spectra 仿真结果。

1 短路保护电路的工作原理

高可靠性短路保护电路的实现电路如

式中 IDM5 为 VM5 的漏电电流，RL=VOUT/Imax，CL 为负载电容，其中

Imax 是系统规定的最大负载电流。要使系统能正常启动，IDM5 必须满足

IDM5VOUT/RL，因此合理选取参数，就能正常启动。

2 仿真结果与讨论

基于 TSMC O.18μm CMOS 工艺，仿真结果如

图 3(a)所示曲线的仿真条件是输出负载周期性地从 0 Ω变化到 5

Ω。仿真结果表明当输出发生短路时(即负载为 0)，输出电流被限制在最

大电流值，这样功率 MOS 管会消耗大量功耗，将加快器件的老化。

图 3(b)所示曲线的仿真条件与图 3(a)的条件一样。仿真结果表明当输出发生

短路时(即负载为 0)，输出电流被限制为 O，即功率 MOS 管被完全关断，同时

1 第二章 线性电阻电路分析

电阻电路：由电阻元件和独立电源组成的电路，称为电阻电路。独立电源在电阻电路中所起的作用与其它电阻元件完全不同，它是电路的输入或激励。独立电源所产生的电压和电流，称为电路的输出或响应。线性电阻电路：由线性电阻元件和独立电源组成的电路，称为线性电阻电路。其响应与激励之间存在线性关系，利用这种线性关系，可以简化电路的分析和计算。

上一章介绍的2b法的缺点是需要联立求解的方程数目太多，给手算求解带来困难。本章通过两个途径来解决这个问题。

1. 利用单口网络的等效电路来减小电路规模，从而减少方程数目。2.

减少方程变量的数目，用独立电流或独立电压作变量来建立电路方程。

§2－l 电阻单口网络

单口网络：只有两个端钮与其它电路相连接的网络，称为二端网络。当强调二端网络的端口特性，而不关心网络内部的情况时，称二端网络为单口网络，简称为单口(One-port)。

电阻单口网络的特性由端口电压电流关系(简称为VCR)来表征(它是u-i平面上的一条曲线)。等效单口网络：当两个单口网络的VCR关系完全相同时，称这两个单口是互相等效的。

单口的等效电路：根据单口VCR方程得到的电路，称为单口的等效电路。单口网络与其等效电路的端口特性完全相同。一般来说，等效单口内部的结构和参数并不相同，谈不上什么等效问题。

利用单口的等效来简化电路分析：将电路中的某些单口用其等效电路代替时，不会影响电路其余部分的支路电压和电流，但由于电路规模的减小，则可以简化电路的分析和计算。

一、线性电阻的串联和并联

1.线性电阻的串联 N1 N2 VCR相同

等效 2 两个二端电阻首尾相联，各电阻流过同一电流的连接方式，称为电阻的串联。图(a)表示n个线性电阻串联形成的单口网络。

用2b方程求得端口的VCR方程为

其中

上式表明n个线性电阻串联的单口网络，就端口特性而言，等效于一个线性二端电阻，其电阻值由上式确定。