汽車電工電子技術(shù)4

1、“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經(jīng)全國職業(yè)教育審定委員會(huì)審定汽車電工電子技術(shù)主講人：主講人：項(xiàng)目目錄項(xiàng)目4 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用任務(wù)4.1 集成運(yùn)算放大器任務(wù)4.2 集成運(yùn)算放大器運(yùn)算電路 任務(wù)4.3 集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用 任務(wù)任務(wù)4 4.1 .1 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)了解集成運(yùn)放基本參數(shù)；理解集成運(yùn)放的基本特點(diǎn)和“虛短”“虛斷”等基本概念；掌握集成運(yùn)放的組成結(jié)構(gòu)和分析依據(jù)。任務(wù)4.1技能目標(biāo)技能目標(biāo)正確識(shí)別集成運(yùn)放的新舊符號(hào)；辨別集成運(yùn)放的不同封裝形式。任務(wù)4.1任務(wù)任務(wù)4.1 4.1 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用4.1.1 集

2、成運(yùn)算放大器特點(diǎn)1. 1.特點(diǎn)特點(diǎn)集成運(yùn)放電路組成結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放電路組成結(jié)構(gòu)任務(wù)4.12. 2.封裝形式和符號(hào)封裝形式和符號(hào)集成運(yùn)放的封裝形式集成運(yùn)放的封裝形式任務(wù)4.14.1集成運(yùn)放的符號(hào)集成運(yùn)放的符號(hào)任務(wù)4.14.13. 3.特點(diǎn)特點(diǎn)從應(yīng)用應(yīng)用的角度，理想的集成運(yùn)放具有以下特點(diǎn)：（1）電壓增益高；（2）輸入電阻大、輸出電阻?。唬?）工作點(diǎn)漂移小等特點(diǎn)。 從電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)的角度，主要有以下特點(diǎn)：（1）級(jí)間采用直接耦合方式；（2）盡可能用有源器件代替無源元件；（3）利用對(duì)稱結(jié)構(gòu)改善電路性能;（4）電路的選擇及構(gòu)成形式上受集成工藝 條件的嚴(yán)格制約。 任務(wù)4.14.14.1.2 集成運(yùn)算放大器參數(shù)

3、動(dòng)態(tài)參數(shù)任務(wù)4.14.1任務(wù)4.14.1任務(wù)4.14.14.1.3 集成運(yùn)算放大器電路分析依據(jù)1. 1. 理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器 滿足下列條件的集成運(yùn)算放大器可以視為理想集成運(yùn)算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao接近于無窮大；開環(huán)輸入電阻ri接近于無窮大；開環(huán)輸出電阻ro接近于零 ；共模抑制比KCMR接近于無窮大 ；帶寬足夠?qū)?。任?wù)4.14.1理想集成運(yùn)算放大器的符號(hào)理想集成運(yùn)算放大器的符號(hào)任務(wù)4.14.1（1）集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性2. 2.分析依據(jù)分析依據(jù)集成運(yùn)算放大集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸器的電壓傳輸特性特性任務(wù)4.14.1（2）集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)理想運(yùn)放信號(hào)輸入輸出

4、特性圖理想運(yùn)放信號(hào)輸入輸出特性圖任務(wù)4.14.1理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)任務(wù)4.14.14.1.4 集成運(yùn)放在汽車中與傳感器結(jié)合使用 集成運(yùn)算放大器在汽車中常被用作傳感器信號(hào)放大器， 將傳感器信號(hào)放大后，傳送到ECU。其組成框圖如圖 任務(wù)任務(wù)4 4.2 .2 集成運(yùn)算放大器運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器運(yùn)算電路知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)學(xué)會(huì)用理想集成運(yùn)放的分析依據(jù)分析比例、加、減運(yùn)算電路及電壓比較器的工作原理及特性分析。任務(wù)4.2技能目標(biāo)技能目標(biāo)正確分析比例、加、減運(yùn)算電路及電壓比較器。任務(wù)4.24.2任務(wù)任務(wù)4.2 4.2 集成運(yùn)算放大器運(yùn)算電路集成

5、運(yùn)算放大器運(yùn)算電路4.2.1 反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算放大電路任務(wù)4.24.2任務(wù)4.24.24.2.2 同相比例運(yùn)算放大電路同相比例運(yùn)算放大電路同相比例運(yùn)算放大電路任務(wù)4.24.2任務(wù)4.24.24.2.3 電壓跟隨器及比較器1. 1.電壓跟隨器電壓跟隨器 由上節(jié)學(xué)習(xí)知道，同相比例運(yùn)算放大電路的電壓增益Auf =uo/ui=1+Rf/R1 ，由于uo和ui相位相同，因此稱為同相放大器，又由于uo和ui成比例，故又稱為同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器。若Rf =0，R1 =則比例系數(shù)為1，電路成為電壓跟隨器。任務(wù)4.24.2 2. 2.電壓比較器電壓比較器 （1

6、）過零比較器和電壓幅度比較器 過零電壓比較器是典型的幅度比較電路，它的電路圖和傳輸特性曲線如下圖所示。使比較器狀態(tài)發(fā)生反轉(zhuǎn)的輸入電壓值成為比較器的閾值，計(jì)作UT。 任務(wù)4.24.2 將過零比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)固定電壓UREF上，就得到電壓比較器，電路如下圖所示。調(diào)節(jié)UREF可方便地改變閾值。任務(wù)4.24.2任務(wù)4.24.2（3）窗口比較器窗口比較器電路圖窗口比較器電路圖任務(wù)4.24.2窗口比較器的電壓傳輸特性窗口比較器的電壓傳輸特性任務(wù)4.24.24.2.4 加法運(yùn)算放大電路任務(wù)4.24.2任務(wù)4.24.24.2.5 減法運(yùn)算放大電路1. 1.利用反相信號(hào)求和實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算利用反相

7、信號(hào)求和實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算下圖下圖任務(wù)4.24.2用加法電路構(gòu)成減法電路用加法電路構(gòu)成減法電路任務(wù)4.24.22. 2.利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算電路利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算電路任務(wù)4.24.2任務(wù)4.24.24.2.6 汽車上的集成運(yùn)放分析方法 汽車上用到的集成運(yùn)放有加法器、減法器等線性集成運(yùn)算放大電路;也有比較器、振蕩器等非線性集成運(yùn)算放大電路;在線性應(yīng)用中用疊加定理進(jìn)行推理和證明，在非線性應(yīng)用中則不能用疊加定理。 任務(wù)任務(wù)4 4.3 .3 集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)熟悉汽車上的進(jìn)氣壓力傳

8、感器電路、氧傳感器電路和爆燃傳感器電路；掌握進(jìn)氣壓力傳感器電路、氧傳感器電路和爆燃傳感器的工作原理。任務(wù)4.3技能目標(biāo)技能目標(biāo)學(xué)會(huì)用萬用表和示波器檢測進(jìn)氣門傳感器、氧傳感器和爆震傳感器。任務(wù)4.34.3任務(wù)任務(wù)4.3 4.3 集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用任務(wù)4.34.34.3.1 進(jìn)氣壓力傳感器電路 在汽車電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓敏電阻式進(jìn)氣壓力測量電路，用來測量進(jìn)氣壓力。測量電路由集成運(yùn)算放大器和壓阻式固態(tài)壓力傳感器制成。壓敏電阻式進(jìn)氣壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器安裝壓力傳感器安裝結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4.34.3壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器電路示意圖壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器電

9、路示意圖任務(wù)4.34.34.3.2 氧傳感器電路 氧傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，位于三效催化轉(zhuǎn)化器之前，用于測量廢氣中的氧含量。如果廢氣中的氧含量高，說明混合氣偏稀，氧傳感器將這一信息輸入發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU），ECU 指令噴油器增加噴油量；如果廢氣中的氧含量低，說明混合氣偏濃，ECU 指令噴油器減少噴油量，從而幫助ECU 把混合氣的空燃比控制在理論值（14.7）附近。任務(wù)4.34.3 氧傳感器檢測排氣中的氧濃度，提供給ECU作為控制燃油/空氣比在最佳值（理論值）附近的基準(zhǔn)信號(hào)。，如圖4-21所示為二氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)，二氧化鈦元件為一圓板狀電極在絕緣體（陶瓷）的削端，裝有一二氧化鈦熱

10、敏電阻元件，從其兩電極與兩元件的中點(diǎn)共引出3根導(dǎo)線。同時(shí)，在絕緣體的表面纏繞著鎢絲加熱圈，從中又引出兩根導(dǎo)線。 氧傳感器氧傳感器任務(wù)4.34.3工作原理：工作原理： 二氧化鈦氧傳感器的工作原理是利用導(dǎo)體二氧化鈦依周圍氧氣分壓的不同而進(jìn)行氧化或者還原反應(yīng)，使電阻發(fā)生變化。當(dāng)周圍氣體介質(zhì)中的氧元素多時(shí)，二氧化鈦的電阻值增大；反之，氧元素少時(shí)，電阻值減小。 與氧化鋯式氧傳感器相同，由于在理論空燃比附近電阻值急劇變化，故其輸出電壓也急劇變化。通過集成運(yùn)算放大電路將輸出的很小電壓進(jìn)行比例運(yùn)算放大，經(jīng)過比例運(yùn)算放大后的信號(hào)輸送到ECU，如圖所示。 任務(wù)4.34.3氧傳感器電氧傳感器電路示意圖路示意圖任務(wù)4

11、.34.3氧傳感器結(jié)構(gòu)圖氧傳感器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4.34.34.3.3 爆燃傳感器電路 爆燃傳感器用來測定發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆燃時(shí)將爆燃發(fā)生信號(hào)傳遞給ECU，用以調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角信號(hào)。裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體中間，以四缸機(jī)為例就裝在2缸和3缸之間，或者1 ，2缸中間一個(gè)，3，4缸中間一個(gè)。常用爆燃傳感器多為壓敏電阻式，其結(jié)構(gòu)如圖所示 壓電式爆燃傳感器結(jié)構(gòu)圖壓電式爆燃傳感器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4.34.3 當(dāng)振動(dòng)或敲缸發(fā)生時(shí)，爆燃傳感器產(chǎn)生一個(gè)小電壓峰值。敲缸或振動(dòng)越大，爆震傳感器產(chǎn)主峰值就越大。通過集成運(yùn)算放大電路將輸出的很小電壓進(jìn)行比例運(yùn)算放大，經(jīng)過比例運(yùn)算放大后的信號(hào)輸送到ECU， 所示。當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)表明是爆燃或敲缸。工作原理：工作原理：如圖壓電式爆燃傳感器電路圖壓電式爆燃傳感器電路圖任務(wù)4.34.3 當(dāng)