汽車電工電子技術(shù)

“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：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)4.1

集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用知識(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)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)4.1集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用4.1.1集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)1.特點(diǎn)集成運(yùn)放電路組成結(jié)構(gòu)任務(wù)4.12.封裝形式和符號(hào)集成運(yùn)放的封裝形式任務(wù)4.1集成運(yùn)放的符號(hào)任務(wù)4.13.特點(diǎn)從應(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??；

（3）工作點(diǎn)漂移小等特點(diǎn)。

從電路設(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)4.14.1.2集成運(yùn)算放大器參數(shù)動(dòng)態(tài)參數(shù)任務(wù)4.1任務(wù)4.1任務(wù)4.14.1.3集成運(yùn)算放大器電路分析依據(jù)1.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：

①開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao接近于無窮大；

②開環(huán)輸入電阻ri接近于無窮大；

③開環(huán)輸出電阻ro接近于零；

④共模抑制比KCMR接近于無窮大；

⑤帶寬足夠?qū)挕Ｈ蝿?wù)4.1理想集成運(yùn)算放大器的符號(hào)任務(wù)4.1（1）集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性2.分析依據(jù)集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性任務(wù)4.1（2）集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)理想運(yùn)放信號(hào)輸入輸出特性圖任務(wù)4.1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)任務(wù)4.14.1.4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)4.2

集成運(yùn)算放大器運(yùn)算電路知識(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)正確分析比例、加、減運(yùn)算電路及電壓比較器。任務(wù)4.2任務(wù)4.2集成運(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)算放大電路任務(wù)4.2任務(wù)4.24.2.2同相比例運(yùn)算放大電路同相比例運(yùn)算放大電路任務(wù)4.2任務(wù)4.24.2.3電壓跟隨器及比較器1.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。若Rf=0，R1=∞則比例系數(shù)為1，電路成為電壓跟隨器。任務(wù)4.22.電壓比較器（1）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)4.2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)4.2任務(wù)4.2（3）窗口比較器窗口比較器電路圖任務(wù)4.2窗口比較器的電壓傳輸特性任務(wù)4.24.2.4加法運(yùn)算放大電路任務(wù)4.2任務(wù)4.24.2.5減法運(yùn)算放大電路1.利用反相信號(hào)求和實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算下圖任務(wù)4.2用加法電路構(gòu)成減法電路任務(wù)4.22.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)算電路任務(wù)4.2任務(wù)4.24.2.6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)4.3

集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用知識(shí)目標(biāo)熟悉汽車上的進(jìn)氣壓力傳感器電路、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)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)4.3任務(wù)4.3集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用任務(wù)4.34.3.1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)氣壓力傳感器安裝結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4.3壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器電路示意圖任務(wù)4.34.3.2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)4.3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。氧傳感器任務(wù)4.3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)4.3氧傳感器電路示意圖任務(wù)4.3氧傳感器結(jié)構(gòu)圖任務(wù)4.34.3.3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)圖任務(wù)4.3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：如圖壓電式爆燃傳感器電路圖任務(wù)4.3