汽车电工电子技术

“十二五”职业教育国家规划教材经全国职业教育审定委员会审定汽车电工电子技术主讲人：项目目录项目4

集成运算放大器及其应用任务4.1集成运算放大器任务4.2集成运算放大器运算电路

任务4.3集成运算放大器在汽车上的应用

任务4.1

集成运算放大器及其应用知识目标了解集成运放基本参数；理解集成运放的基本特点和“虚短”“虚断”等基本概念；掌握集成运放的组成结构和分析依据。任务4.1技能目标正确识别集成运放的新旧符号；辨别集成运放的不同封装形式。任务4.1任务4.1集成运算放大器及其应用4.1.1集成运算放大器特点1.特点集成运放电路组成结构任务4.12.封装形式和符号集成运放的封装形式任务4.1集成运放的符号任务4.13.特点从应用的角度，理想的集成运放具有以下特点：

（1）电压增益高；

（2）输入电阻大、输出电阻小；

（3）工作点漂移小等特点。

从电路设计的角度，主要有以下特点：

（1）级间采用直接耦合方式；

（2）尽可能用有源器件代替无源元件；

（3）利用对称结构改善电路性能;

（4）电路的选择及构成形式上受集成工艺条件的严格制约。任务4.14.1.2集成运算放大器参数动态参数任务4.1任务4.1任务4.14.1.3集成运算放大器电路分析依据1.理想集成运算放大器

满足下列条件的集成运算放大器可以视为理想集成运算放大器：

①开环电压放大倍数Ao接近于无穷大；

②开环输入电阻ri接近于无穷大；

③开环输出电阻ro接近于零；

④共模抑制比KCMR接近于无穷大；

⑤带宽足够宽。任务4.1理想集成运算放大器的符号任务4.1（1）集成运算放大器的电压传输特性2.分析依据集成运算放大器的电压传输特性任务4.1（2）集成运算放大器的工作特点理想运放信号输入输出特性图任务4.1理想运放工作在非线性区理想运放工作在线性区任务4.14.1.4集成运放在汽车中与传感器结合使用集成运算放大器在汽车中常被用作传感器信号放大器，将传感器信号放大后，传送到ECU。其组成框图如图

任务4.2

集成运算放大器运算电路知识目标学会用理想集成运放的分析依据分析比例、加、减运算电路及电压比较器的工作原理及特性分析。任务4.2技能目标正确分析比例、加、减运算电路及电压比较器。任务4.2任务4.2集成运算放大器运算电路4.2.1反相比例运算放大电路反相比例运算放大电路任务4.2任务4.24.2.2同相比例运算放大电路同相比例运算放大电路任务4.2任务4.24.2.3电压跟随器及比较器1.电压跟随器

由上节学习知道，同相比例运算放大电路的电压增益Auf=uo/ui=1+Rf/R1

，由于uo和ui相位相同，因此称为同相放大器，又由于uo和ui成比例，故又称为同相比例运算放大器。若Rf=0，R1=∞则比例系数为1，电路成为电压跟随器。任务4.22.电压比较器（1）过零比较器和电压幅度比较器过零电压比较器是典型的幅度比较电路，它的电路图和传输特性曲线如下图所示。使比较器状态发生反转的输入电压值成为比较器的阈值，计作UT。

任务4.2将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压UREF上，就得到电压比较器，电路如下图所示。调节UREF可方便地改变阈值。任务4.2任务4.2（3）窗口比较器窗口比较器电路图任务4.2窗口比较器的电压传输特性任务4.24.2.4加法运算放大电路任务4.2任务4.24.2.5减法运算放大电路1.利用反相信号求和实现减法运算下图任务4.2用加法电路构成减法电路任务4.22.利用差动放大电路实现减法运算利用差动放大电路实现减法运算电路任务4.2任务4.24.2.6汽车上的集成运放分析方法汽车上用到的集成运放有加法器、减法器等线性集成运算放大电路;也有比较器、振荡器等非线性集成运算放大电路;在线性应用中用叠加定理进行推理和证明，在非线性应用中则不能用叠加定理。

任务4.3

集成运算放大器在汽车上的应用知识目标熟悉汽车上的进气压力传感器电路、氧传感器电路和爆燃传感器电路；掌握进气压力传感器电路、氧传感器电路和爆燃传感器的工作原理。任务4.3技能目标学会用万用表和示波器检测进气门传感器、氧传感器和爆震传感器。任务4.3任务4.3集成运算放大器在汽车上的应用任务4.34.3.1进气压力传感器电路在汽车电控燃油喷射发动机中，压敏电阻式进气压力测量电路，用来测量进气压力。测量电路由集成运算放大器和压阻式固态压力传感器制成。压敏电阻式进气压力传感器安装结构图任务4.3压敏电阻式进气压力传感器电路示意图任务4.34.3.2氧传感器电路氧传感器安装在发动机的排气管上，位于三效催化转化器之前，用于测量废气中的氧含量。如果废气中的氧含量高，说明混合气偏稀，氧传感器将这一信息输入发动机电控单元（ECU），ECU指令喷油器增加喷油量；如果废气中的氧含量低，说明混合气偏浓，ECU指令喷油器减少喷油量，从而帮助ECU把混合气的空燃比控制在理论值（14.7）附近。任务4.3氧传感器检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制燃油/空气比在最佳值（理论值）附近的基准信号。，如图4-21所示为二氧化钛式氧传感器的结构，二氧化钛元件为一圆板状电极在绝缘体（陶瓷）的削端，装有一二氧化钛热敏电阻元件，从其两电极与两元件的中点共引出3根导线。同时，在绝缘体的表面缠绕着钨丝加热圈，从中又引出两根导线。氧传感器任务4.3工作原理：二氧化钛氧传感器的工作原理是利用导体二氧化钛依周围氧气分压的不同而进行氧化或者还原反应，使电阻发生变化。当周围气体介质中的氧元素多时，二氧化钛的电阻值增大；反之，氧元素少时，电阻值减小。与氧化锆式氧传感器相同，由于在理论空燃比附近电阻值急剧变化，故其输出电压也急剧变化。通过集成运算放大电路将输出的很小电压进行比例运算放大，经过比例运算放大后的信号输送到ECU，如图所示。任务4.3氧传感器电路示意图任务4.3氧传感器结构图任务4.34.3.3爆燃传感器电路爆燃传感器用来测定发动机抖动度，当发动机产生爆燃时将爆燃发生信号传递给ECU，用以调节点火提前角信号。装在发动机缸体中间，以四缸机为例就装在2缸和3缸之间，或者1，2缸中间一个，3，4缸中间一个。常用爆燃传感器多为压敏电阻式，其结构如图所示压电式爆燃传感器结构图任务4.3当振动或敲缸发生时，爆燃传感器产生一个小电压峰值。敲缸或振动越大，爆震传感器产主峰值就越大。通过集成运算放大电路将输出的很小电压进行比例运算放大，经过比例运算放大后的信号输送到ECU，所示。当达到一定程度时表明是爆燃或敲缸。工作原理：如图压电式爆燃传感器电路图任务4.3