2023年11月30日发(作者：)

与开发

摘要：汽车维修职业教育需要适合的电控发动机综合实验台，重点阐述了输入发动机ＥＣＵ（控制单元）模拟信号显示系统的电

路设计的思路和具体方案，可推广应用到类似的实验台设计中，以提高教学质量。

关键词：模拟信号；显示系统；传感器；发动机

中图分类号：ＴＰ２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２ ｆ２０１ １１ １２—００９６—０３

Ｔｈｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｅｎｓｏｒ’Ｓ Ａｎａｌｏｇ Ｓｉｇｎａｌ

ｆｏｒ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅ

ＭＥＮＧ Ｇｕｏ——ｑｉａｎｇ

（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６５０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅ ｎｅｅｄ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｕｉｔｉｎｇ ｆｏｒ ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｅｃｔｏｒ．Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｓｔｒｕｃｔｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｄｅａｓ

ａｎｄ ｍｅａｎｓ ｏｔ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ ｆｔｈｅ ａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌｓ ｗｈｉｃｈ ｂｅ ｉｎｐｕｔｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（ＥＣＵ）ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅｓｅ

ｍｅａｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｔ）ｄｅｓｉｇｎ ｏｔｈｅｒ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｌｅａｒｎｉｎｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌ；ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｎｓｏｒ；ｅｎｇｉｎｅ

从事汽车专业职业教育的师生以及维修人员

必须系统掌握现代汽车电子控制系统的结构、原

造成的影响）

用于控制发动机的模拟信号传感器主要有：

空气流量传感器、进气温度传感器、冷却温度传

感器、节气门位置传感器等。各传感器内部电路 教学手段、教学装置已远远满足不了教学要求．

虽然各异。但它们都是对发动机ＥＣＵ提供一种电

压信号，此电压信号被ＥＣＵ转换为数字信号后被 人数和教学时间等方面的限制。

理、使用维修等方面的内容。传统的教学方法、

而采用整车实物教学，又存在成本、场地、教学

针对电控发动机的检测与维修。需要适合职

业教育和职业培训的电控发动机综合实验台，在发 以丰田３ＶＺ型发动机为例，该发动机使用的

单片机处理，作为出入信号控制发动机的运转。

动机的工作状态进行实验教学，将有关传感信号和 是叶片型空气流量计，其信号为一种电压信号，

执行信号，在控制仪表台直观显示出来，非常适合

现场教学、实训和实习。实验台可利用任何一台

含电控系统的发动机进行开发、设计和研制 其

当节气门全关时输出４．３Ｖ电压信号．此时内阻为

６００１＂１，当节气门全开时输出０．２Ｖ电压，此时内

阻为１２００￣，其内部其实是一种可变电阻器。图

中输入发动机ＥＣＵ（控制单元）模拟信号进行显

示系统的电路设计是其中重点应解决的问题。

ｌ是空气流量传感器输出信号 与空气流量之间

的关系…。

１信号放大电路设计方案

将送往ＥＣＵ的模拟信号（空气流量信号ＶＳ、

进气压力信号ＭＡＦ、水温信号牌）ＴＨＷ、节气门

开度信号ＶＴＡ引出，由显示面板的指针式电压表

除冷却水温度传感器外，其它 种传感器的

内阻都很高．有时可达数千欧姆，若直接用去显

示器电压信号，则由于电压信号的分流作用，将

使传感器电压信号降低而发生失真，此错误信号

被ＥＣＵ处理．必定也会得到一个错误的结果，

直接指示，可用于现场教学和讲解。但需设计专

门放大驱动电路（可避免分流对送往ＥＣＵ的信号

收稿日期：２０１１—１１—１６

使ＥＣＵ做出对发动机的错误控制，从而影响到

雾

和 的阻值选择应满足式（１）和式（２），同时

为减小信号内源阻的影响，阻值应选择大一些，

但又不能太大，否则信号将很弱，兼顾以上条件，

选择Ｒ１＝２０ｋ１），Ｒｓ＝２０ｋ１），Ｒ２＝１０ｋ１）。

进气量

图１ 空气流量计输出信号与进气量的关系

发动机的正常运转。

所以要设计一种电路使其与显示装置隔离．

而集成运算放大器组成的放大电路是一种很理想的

图３ 放大电路原理

隔离放大电路。集成运算放大器的输入阻抗非常

高，可完全达到对发动机传感器的隔离作用。另外

３实用设计和优化设计

其驱动能力强，可满足需要，并且其使用起来非常

以上设计仅是简单的工作原理上的设计，若

方便，外围电路非常简单。图２是基于丰田３ＶＺ

要实际应用，则还要进行优化设计，选择电源供给

型发动机空气流量信号显示系统设计方案。

方式，并对电源旁路去耦，还要进行频率补偿，以

防止产生自激，并要分析电路的输入输出阻抗是否

合适等。

（１）电源稳定电路设计

ＬＴ１００２ＣＮ双电路集成运算放大器需要对称双

电路供给方式，这种方式可把信号源直接接到输

入脚上，因此易于放大含有直流成分的信号，而输

出电压振幅的有效范围可达到正负对称电源电压。

因实验台随发动机配有汽车用蓄电池，它的电压

稳定性好，容量大，非常适用于运算放大器的供

图２ 发动机空气流量计信号显示设计方案

电。但它是单电源１２Ｖ电压，市场上销售的ＤＣ—

２放大电路设计

ＤＣ变换器可以把１２Ｖ直流电压变换为＿５Ｖ的对称

由于这是一种电压信号，并且也近似一种直

电压。因此选择了ＰＯＰＯＴＥＲ公司生产的

流信号，所以选择ＧＢ／Ｔ７６７６—９８型直流电压表来

１２Ｄ１２Ｓ５Ｃ型ＤＣ—ＤＣ变换器．它能把１２Ｖ电压变

显示，它的量程为０～５Ｖ，完全可满足需要，由于

换为５Ｖ双电源，而选择的集成运算放大器

流量计电压信号为０．２～４．３Ｖ，所以设计的放大电

ＬＴ１００２ＣＮ的电源电压范围为±１．２Ｖ一＿＋２２Ｖ，所以

路倍数为１，放大电路采用ＬＴＩＯ０２ＣＮ双电路集成

５Ｖ电源可用，并且这种变换器加有高频噪声抑制

运算放大器制成反向比例运算放大电路可满足需

措施。为防止其开关频率的影响，还要设计电源

要 ，其原理如图３所示 。

去耦的旁路电路。其方法为在正负两电源端各并

为使运算电路中集成运算放大器的两个输入

联一只２．２１ｘＦ／１０Ｖ的锂电容，如图４所示Ｅ３］。

电阻对称，加在同相输入端的补偿电阻应等于反

若没有旁路电容，电压突变往往工作不正常。

相输入端各支路关联的阻值，即：

（２）频率补偿

Ｒ２＝（Ｒ１×尺ｒ）／（Ｒ１＋Ｒｊ） （１）

为抑制集成运算放大器的高频自激，还要为

而反相输入运算放大器的闭环电压放大倍数：

电路设计相位补偿电路，其方法为在ＬＴ１００２ＣＮ

，＝ｌＺｏ／ｕ 一一Ｒｒ／尺】 （２）

放大器的１号（８号）引脚与信号输出端ｌ３号

式（２）中负号表示输出信号与输入信号相位 （６号）引脚之间接一电容（ＬＴ１００２ＣＮ的引脚说

相反。由于设计放大倍数Ａ＝１，所以电阻尺 、Ｒ

明如图３所示）。电容值的大小在１０ ５０ｐｆ之间

（ 与开发

一

般来说，使放大倍数Ａ ｒ减小，反馈量增大，则 入阻抗值不能太小，所以这里选择 为２０ｋ￣２，

的必要的电容值，放大倍数增大时应适当减小，这

运算放大器的输出内阻非常低，应用时加有负反

馈电路，因此输出电阻可视为零，最大也只有几

欧姆以下。 里用产品目录中记载的电容值，接补偿电容的引脚

补偿电容值也要增大，产品目录中记载有４产１时

一

般双电路放大器的ｌ、８引脚，如图５所示

Ｃ１＝Ｃ ＝２．２ＭＦ（ＩＯＶ锂电容）

Ｒ ：毋＝２０ｋｎ，Ｒ ＝ｌＯｋ￣，Ｃ１＝Ｃｚ：２．２ｍＦ（ＩＯＶ锂电容）

Ｃ３＝４０ｐＦ． 一空气流量计信号， ｎ一输入万用表信号

罔４ 电源稳定电路设计

图６ 与实验台连接的电路图

４实验台的连接

空气流量计信号放大电路的输入端应接空气

流量计ＶＳ端，放大电路的输出端应接直流电压

表．需注意的是，选择的电路为反相输入放大电

路，冈此输入信号与输出信号相位相反，所以输

出电压为负，输出端子与电压表负极相连。为保

证电位相同，电源的０电位端应与实验台外壳相

连．发动机ＥＣＵ的接地端子也要与实验台外壳相

连。与实验台连接的电路图如图６所示。

图５ ＬＴ１００２ＣＮ引脚说明网

５结束语

进气温度传感器、冷却温度传感器、节气门

位置传感器输出的都是电压模拟信号，其信号范

围都在Ｏ－５Ｖ范围内，因此其显示电路的设计和

（３）零漂移的调整

由于温度的影响，集成电路运算放大器的内

部参数发生改变，由于电源内阻等因素的影响，

通常当集成运算放大器的输入端无信号输入时，

输出端也有电压（理想情况下，输出应该为零），

这种现象称作零点漂移，简称零飘。解决此问题

空气流量计信号显示电路完全相同。在此不再作

一一

介绍。

参考文献：

［１］李雷．汽车发动机电控系统检修［Ｍ］．北京：人民邮

电出版社．２０１１．

需接调零电路。方法是：首先在信号输入端接一

转换开关，使信号信号输入端接地（为零），然后

在ＬＴ１００２ＣＮ放大器的ＮＵＬＬＡ（或ＮＵＬＬＢ）两个

［２］卿太全．集成运算放大器应用电路集萃［Ｍ］．北京：

中国电力出版社，２０１１．

端子间接一１０ｋｌ￣电位器尺 并把电位器的可调

端接电位负极，如图６所示。

（４）输入阻抗与输出阻抗

［３］ 【日】铃木雅臣著，周南生，彭军译．晶体管电路设

计『Ｍ］ 北京：科学出版社，２００４．

作者简介：孟国强，男，１９６５年生，河南灵宝人，硕十，

如图１所示，电路输入阻抗Ｒ ＝ ／ｉ Ｒ－，

副教授。研究领域：汽车检测技术，职、ｌｋ教育。已发表论

文１１篇。 （编辑：向 飞）

需要注意的是，不要让信号源负载过重，所以输

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