汽車電工電子技術

“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經全國職業(yè)教育審定委員會審定汽車電工電子技術主講人：項目目錄項目4

集成運算放大器及其應用任務4.1集成運算放大器任務4.2集成運算放大器運算電路

任務4.3集成運算放大器在汽車上的應用

任務4.1

集成運算放大器及其應用知識目標了解集成運放基本參數(shù)；理解集成運放的基本特點和“虛短”“虛斷”等基本概念；掌握集成運放的組成結構和分析依據(jù)。任務4.1技能目標正確識別集成運放的新舊符號；辨別集成運放的不同封裝形式。任務4.1任務4.1集成運算放大器及其應用4.1.1集成運算放大器特點1.特點集成運放電路組成結構任務4.12.封裝形式和符號集成運放的封裝形式任務4.1集成運放的符號任務4.13.特點從應用的角度，理想的集成運放具有以下特點：

（1）電壓增益高；

（2）輸入電阻大、輸出電阻??；

（3）工作點漂移小等特點。

從電路設計的角度，主要有以下特點：

（1）級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）利用對稱結構改善電路性能;

（4）電路的選擇及構成形式上受集成工藝條件的嚴格制約。任務4.14.1.2集成運算放大器參數(shù)動態(tài)參數(shù)任務4.1任務4.1任務4.14.1.3集成運算放大器電路分析依據(jù)1.理想集成運算放大器

滿足下列條件的集成運算放大器可以視為理想集成運算放大器：

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帶寬足夠寬。任務4.1理想集成運算放大器的符號任務4.1（1）集成運算放大器的電壓傳輸特性2.分析依據(jù)集成運算放大器的電壓傳輸特性任務4.1（2）集成運算放大器的工作特點理想運放信號輸入輸出特性圖任務4.1理想運放工作在非線性區(qū)理想運放工作在線性區(qū)任務4.14.1.4集成運放在汽車中與傳感器結合使用集成運算放大器在汽車中常被用作傳感器信號放大器，將傳感器信號放大后，傳送到ECU。其組成框圖如圖

任務4.2

集成運算放大器運算電路知識目標學會用理想集成運放的分析依據(jù)分析比例、加、減運算電路及電壓比較器的工作原理及特性分析。任務4.2技能目標正確分析比例、加、減運算電路及電壓比較器。任務4.2任務4.2集成運算放大器運算電路4.2.1反相比例運算放大電路反相比例運算放大電路任務4.2任務4.24.2.2同相比例運算放大電路同相比例運算放大電路任務4.2任務4.24.2.3電壓跟隨器及比較器1.電壓跟隨器

由上節(jié)學習知道，同相比例運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)生反轉的輸入電壓值成為比較器的閾值，計作UT。

任務4.2將過零比較器的一個輸入端從接地改接到一個固定電壓UREF上，就得到電壓比較器，電路如下圖所示。調節(jié)UREF可方便地改變閾值。任務4.2任務4.2（3）窗口比較器窗口比較器電路圖任務4.2窗口比較器的電壓傳輸特性任務4.24.2.4加法運算放大電路任務4.2任務4.24.2.5減法運算放大電路1.利用反相信號求和實現(xiàn)減法運算下圖任務4.2用加法電路構成減法電路任務4.22.利用差動放大電路實現(xiàn)減法運算利用差動放大電路實現(xiàn)減法運算電路任務4.2任務4.24.2.6汽車上的集成運放分析方法汽車上用到的集成運放有加法器、減法器等線性集成運算放大電路;也有比較器、振蕩器等非線性集成運算放大電路;在線性應用中用疊加定理進行推理和證明，在非線性應用中則不能用疊加定理。

任務4.3

集成運算放大器在汽車上的應用知識目標熟悉汽車上的進氣壓力傳感器電路、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4.3技能目標學會用萬用表和示波器檢測進氣門傳感器、氧傳感器和爆震傳感器。任務4.3任務4.3集成運算放大器在汽車上的應用任務4.34.3.1進氣壓力傳感器電路在汽車電控燃油噴射發(fā)動機中，壓敏電阻式進氣壓力測量電路，用來測量進氣壓力。測量電路由集成運算放大器和壓阻式固態(tài)壓力傳感器制成。壓敏電阻式進氣壓力傳感器安裝結構圖任務4.3壓敏電阻式進氣壓力傳感器電路示意圖任務4.34.3.2氧傳感器電路氧傳感器安裝在發(fā)動機的排氣管上，位于三效催化轉化器之前，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)動機電控單元（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）附近的基準信號。，如圖4-21所示為二氧化鈦式氧傳感器的結構，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共引出3根導線。同時，在絕緣體的表面纏繞著鎢絲加熱圈，從中又引出兩根導線。氧傳感器任務4.3工作原理：二氧化鈦氧傳感器的工作原理是利用導體二氧化鈦依周圍氧氣分壓的不同而進行氧化或者還原反應，使電阻發(fā)生變化。當周圍氣體介質中的氧元素多時，二氧化鈦的電阻值增大；反之，氧元素少時，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。通過集成運算放大電路將輸出的很小電壓進行比例運算放大，經過比例運算放大后的信號輸送到ECU，如圖所示。任務4.3氧傳感器電路示意圖任務4.3氧傳感器結構圖任務4.34.3.3爆燃傳感器電路爆燃傳感器用來測定發(fā)動機抖動度，當發(fā)動機產生爆燃時將爆燃發(fā)生信號傳遞給ECU，用以調節(jié)點火提前角信號。裝在發(fā)動機缸體中間，以四缸機為例就裝在2缸和3缸之間，或者1，2缸中間一個，3，4缸中間一個。常用爆燃傳感器多為壓敏電阻式，其結構如圖所示壓電式爆燃傳感器結構圖任務4.3當振動或敲缸發(fā)生時，爆燃傳感器產生一個小電壓峰值。敲缸或振動越大，爆震傳感器產主峰值就越大。通過集成運算放大電路將輸出的很小電壓進行比例運算放大，經過比例運算放大后的信號輸送到ECU，所示。當達到一定程度時表明是爆燃或敲缸。工作原理：如圖壓電式爆燃傳感器電路圖任務4.3