探究本质安全电路中的模拟电感和模拟电容

在本质安全型电气设备和电路中，当采用模拟电子电路时，在某些情况下，可能会产生所谓的“模拟电感”和“模拟电容”。

模拟电感和模拟电容是指在模拟电子电路中某些包含电抗的电路环节中可能形成的“虚拟”电感和“虚拟”电容。理论分析可知，这样的电感和电容是存在的，而且，同样影响着电路的本质安全性能。

1.模拟电感和模拟电容存在的理论分析

在模拟电子电路中，当电路中包含电感或（和）电容时，在某些情况下，可能会形成模拟电感或（和）模拟电容。这种情况没有规律性。这里举例进行简单的分析。

（1）模拟电感

【例6.8】 设模拟电路单元如图6.17所示。其中A为理想运算放大器，C为电容。现分析可能形成的模拟电抗元件。

从图6.17可知，电流，即

令，整理后得

于是，所分析电路的输入阻抗为

图6.17 模拟电感分析电路

由式（6.12）可知，所分析电路的输入阻抗具有电感特性；实部为R₁+R₂，虚部为sCR₁R₂，即sL′。这里，我们称L′为“模拟电感”。

由式（6.12）还可以看出，所分析电路尽管包含电容，但是，却具有电感的特性。在分析的情况下，电路的性质发生了变化。

（2）模拟电容

【例6.9】 设模拟电路单元如图6.18所示。其中A为理想运算放大器，L为电感。现分析可能形成的模拟电抗元件。

这里，依然按照例6.8的分析方法来分析图6.18的电路，可以得到

图6.18 模拟电容分析电路（1）

由式（6.13）可知，所分析电路的输入阻抗具有电容特性；实部为R₁+R₂，虚部为，即sC′。这里，我们称C′为“模拟电容”。

同样，由式（6.13）还可以看出，所分析电路尽管包含电感，但是，却具有电容的特性。在分析的情况下，电路的性质发生了变化。

【例6.10】 设模拟电路单元如图6.19所示。其中A为理想运算放大器，C为电容。现分析可能形成的模拟电抗元件。

从图6.19可知，电流，即(www.xing528.com)

图6.19 模拟电容分析电路（2）

于是，所分析电路的输入阻抗为

式（6.14）表示，所分析电路的输入阻抗仍然具有电容特性，是由一个电阻和一个电容并联形成的。分析可知，尽管所分析电路的性质没有改变，但是，电容的值却增大了。

在某些文献中，图6.19所示电路被称为“电容倍增电路”。

2.模拟电感和模拟电容存在的潜在危险

从上述的分析可知，在模拟电子电路中，由于电路结构的不同，可能会形成模拟电感或（和）模拟电容。

这样的模拟电感和模拟电容的数值与电路中包含的电阻、电感和电容的值以及电路结构有关。有时候，它的数值可能很大。下面通过一个实例计算予以说明。

【例6.11】 设模拟电路单元如图6.20所示。其中A₁、A₂为理想运算放大器，R为电阻，C为电容。现分析可能形成的模拟电抗元件。

从图6.20可知，虽然电路中理想运算放大器A₁和A₂既引入了负反馈又引入了正反馈，但是，引入的负反馈在电路中仍然起主导作用，所以，在计算时，人们依然可以使用“虚短”和“虚断”的概念来做近似处理。

图6.20 模拟电感分析电路

计算表明，这个电路的输入阻抗为

因而，这个电路为电感性电路，尽管电路中包含电容。

假若电路中所有的电阻值R=10kΩ，电容值C=0.1μF。计算可知，它的模拟电感将为L′=10H。

由此可见，模拟电感和模拟电容的存在，不仅改变着电路的属性（电感性或电容性），而且还改变着电路中电感和电容的数值。

大家应该知道，在考核电路的本质安全性能时，除参数的数值外，对电感和电容考核的参数是不同的：

●对于电感，考核电感值和相应的电流值。

●对于电容，考核电容值和相应的电压值。

显然，模拟电感和模拟电容的存在，对电路的本质安全性能存在不小的潜在危险。本来电路中只包含电容，但是却隐含着一个“电感”；本来电路中只包含电感，但是却隐含着一个“电容”，而且，这样的“电感”和“电容”的数值还可能不小。这种既改变属性又改变数量的异常效应，对电路的本质安全性能的威胁是可想而知的。

因此，在实际工作中，假若本质安全电路中包含模拟电子电路，人们在考核电路的本质安全性能时不仅要考核实体电感和实体电容的作用，而且还要考虑这种模拟电感和模拟电容的影响；应该计算某些电路环节中可能形成的模拟电感和模拟电容，以及对它们带来的潜在危险性进行恰当的评估。