0汽车电器与电控系统实习指导书(1)

淮阴工学院车辆电器与电控系统实习指导书交通工程学院2011年6月10日1第一章汽车电器与电控系统实习综述§1～1实习的目的和要求一、汽车电器与电控系统实习的目的汽车电器与电控系统实习是建立在已学的模拟电子技术、数字电子技术课程和汽车电器与电控系统课程以后，综合运用这三门课程所学的理论知识，实际进行一次课题的设计、安装和调试，其目的有以下几个方面：1．通过对汽车电子技术综合运用，使理论知识相互融泄贯通，在认识上产生一个飞跃。实习和平时作业题是有区别的，作业题是为了加深对课堂所讲知识的理解，它内容较窄、训练第一，且是经过抽象加工后给出的理想化的条件，因而有唯一答案，而实习是实际的电路装置，它涉及的知识面广，需要综合运用所学的知识，它一般没有固定的答案、需要从实际出发、通过调查研究，查寻资料、方案比较及设计、计算等环节，才能得到一个较理想的设计方案，更重要的是，它不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计要求的实际电路。所以说，实习是一门知识的应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。2．初步掌握一般汽车电器与电控系统设计的方法，使学生得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。3．培养同学自学能力，独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题，通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实验中碰到的一些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本方法去解决。4．通过实习这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。二、实习的要求1．要独立完成设计任务，通过实习，锻炼自己综合运用所学知识的能力，并初步掌握电子技术设计的方法和步骤，而不是照抄照搬，寻找现成的设计方案。2．学会查阅资料和手册，学会选用各种电子元器件。3．掌握常用的电子仪器仪表使用，如直流稳压电源、直流电压、电流表、信号源、示波器等。4．学会掌握安装电子线路的基本技能和调试方法，善于在调试中发现问题和解决问题。25．能够写出完整的实习总结报告。§1～2汽车电器与电控系统实习步骤与安排一、汽车电器与电控系统实习的步骤(一)方案设计1．拟定系统方案框图画出系统框图中每框的名称、信号的流向，各框图间的接口。2．方案的分析和比较所拟的方案可以有多种，因此要对这些方案进行分析和比较。比较方案的标准有三：一是技术指标的比较，哪一种方案完成的技术指标最完善的；二是电路简易的比较，哪一种方案在完成技术指标的条件下，最简单、容易实现；三是经济指标的比较，在完成上指标的情况下，选择价格低廉的方案。经过比较后确定一个最佳方案。(二)单元电路的设计和计算对每一个功能框图进行设计和计算；1．选择电路的结构和型式；2．组成电路的中心元件的选择；3．电路元件的计算、选择如电阻元件、计算出电容的容量，然后根据标称值选定电容的容量和耐压。4．核算所设计的电路是否满足要求。5．画出单元电路的原理电路图。(三)总体设计1．把各个单元电路联接起来，注意各单元电路的接口、耦合等情况。画出完整的电气原理图。2．列出所需用元件明细表(四)安装和调试在安装之前，最好能对各个元件的质量进行测试和检验，以减少调试中的故障。在安装过程中，尽量注意安装的技术规范化和避免损坏元件。然后是调试，包括单元电路的性能调试和整个电路的技术指标测试。在调试过程中，要善于发现问题，并找出解决办法，从中摸索出调试的一般方法和规律，总结出有用的实践经验。(五)总结报告实习总结报告，包括对实习中产生的各种图表和资料进行汇总，以及对设计过程的全面系统总结，3把实践经验上升到理论的高度。总结报告中，通常应有以下内容：(1)设计任务和技术指标；(2)对各种设计方案的论证和电路工作原理的介绍；(3)各单元电路的设计和元件参数的计算；(4)电路原理图和接线图，并列出元件名细表；(5)实际电路的性能指标测试结果，画出必要的表格和曲线；(6)安装和调试过程中出现的各种问题、分析和解决办法；(7)说明本设计的特点和存在的问题，提出改进设计的意见；(8)本次实习的收获和体会。(9)主要参考文献。二、时间安排汽车电器与电控系统实习时间安排为一周1．布置任务(约占总学时10%)由教师给学生布置设计任务，提出具体要求，讲解实习的方法、思路。2．设计(约占总学时50%)学生根据设计要求，查找各种必要的资料，进行方案选择，设计出各单元电路、整体电路、计算和选择元件。3．安装调试(约占总学时30%)在实验室将所设计的电路安装、调试。4．总结报告(约占总学时10%)4第二章模拟电子电路设计方法§2～1概述一、典型模拟电子系统的组成模拟电子系统又叫模拟电子装置，它是由一些基本功能的模拟电路单元组成而成的。通常人们所用到的扩音机、收录机、温度控制器、电子交流毫伏表、电子示波器等，都是一些典型的模拟电子装置。尽管它们各有不同的结构原理和应用功能，但就其结构部分而言，都是由一些基本功能的模拟电路单元有机组成的一个整体。一般情况下，一个典型的模拟电子电路系统，都是由图1所示的几个功能框图构成。系统的输入部分——一般有两种情况：一是非电模拟物理量(如温度、压力、位移、固体形变、流量等)通过传感器和检测电路变换成模拟电信号作为输入信号；二是直接由信号源(直流信号源或波形产生器作为交变电源)输入模拟电压或电流信号。系统的中间部分——大多是信号的放大、处理、传送和变换等模拟单元电路，使其输出满足驱动负载的要求。系统的输出部分——为执行机构(执行元件)，通称之为负载。它的主要功能是把输入符合要求的信号变换成其它形式的能量，以实现人们所期望的结果。比如扬声器发声、继电器、电动机动作、示波管显示等。系统的供电部分——供出各种电子单元电路的直流电流和作信号变换处理有的一定频率一定幅值的交流电源(信号源)。由于系统的输入部分和输出部分涉及其它的学科内容，这部分的理论知识只要求“拿来我用”即可，不作重点研究。我们的重点则放在信号的放大、传送、变换、处理等中间部分的设计，另外为保证系统中间部分正常工作，供电电源的设计也是我们要讨论的内容。图1典型模拟电子系统的组成框图5综上所述，模拟电子系统的设计，所包含的主要内容如下：(一)模拟信号的检测、变换及放大电路(二)波形的产生、变换及驱动电路系统(三)模拟信号的运算及组合模拟运算系统(四)直流稳压电源系统(五)不同功率的可控整流和逆变系统等二、模拟电路设计的主要任务和基本方法模拟电路知识告诉我们，任务复杂的电路，都是由简单的电路组合而成的，电信号的放大和变换也是由一些基本功能电路来完成的，所以要设计一个复杂的模拟电路可以分解成若干具有基本功能的电路，如：放大器、振荡器、整流滤波稳压器，及各种波形变换器电路等等，然后分别对这些单元电路进行设计，使一个复杂任务变成简单任务，利用我们学过的知识即可完成。在各种基本功能电路中，放大器应用的最普遍，也是最基本的电路形式，所以掌握放大器的设计方法是模拟电路设计的基础。另外，由于单级放大器性能往往不能满足实际需要，因此在许多模拟系统中，采用多级放大电路，显然，多级放大电路是模拟电路中的关键部分，它又具有典型性，是实习经常要研究的内容。随着生产、工艺水平的提高，线性集成电路和各种具有专用功能的新型元器件迅速发展起来，它给电路设计工作带来了很大的变革，许多电路系统已渐渐由线性集成块直接组装而成，因此，必须十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意新型器件的开发和利用，任借基本的公式和理论，以及工程实践经验，适当的选取集成元件，经过联机调试，即可完成系统设计。由于分立元件的电路目前还在大量使用，而且分立元件的设计方法比较容易为初学设计者所掌握，有助于学生熟悉各种电子器件，以及电子电路设计的基本程序和方法，学会布线、焊接、组装、调试电路基本技能。为此，本章首先选择分立元件模拟电路的设计，帮助学生逐步掌握电路的设计方法。§2～2放大电路的一般设计方法一、单级放大电路的设计从已学过的电路知识可知，单级放大电路的基本要求是：放大倍数要足够大，通频带要足够宽，波形失真要足够小，电路温度稳定性要好，所以设计电路时，主要以上述指标为依据。6图2典型放大单元［例1］设计一个分压式射阻偏置的典型放大电路(原理图2所示)给出的技术指标要求为：电压放大倍数｜Av｜=100；输入信号电压Ui=20mV,f=1KHZ;负载电阻RL=6KΩ；工作温度范围0～45℃。设计方法——步骤：(1)选择半导体三极管从给出的技术要求可知，该电路工作在低频小信号场合，工作温度范围又较宽，故可选择热稳定性较好的低频小功率三级管3DG6B，从手册上查出它的主要参数是PCM=100mW,ICM=20mA，U(RB)CEO≥20V，对该管进行实测得β=60。(2)确定电源电压EC为保证放大输出信号幅度的动态范围UOM内不会产生非线性失真，一般取EC≤U(RB)CED。由于输入信号电压幅值为Uim=2Ui=1.41×20=28.2mV则输出信号电压幅值为Uom=｜Au｜·Uim=100×28.2=28.2V若取三极管馆和压降的临界值UCES≈1V，则静态集一射压降设置在UCEQ≥Uom+UCES=3.82V又由于这种典型放大单元静点的工程(估算)条件是I1≈I2＞＞IB和VB＞＞UBE一般取I1=I2=(5-10)IB和VB=(5～10)UBE若近似取VE≈VB=4V再按EC≤2Uom+VE+2UCES=2×3.82+4=11.6V考虑留有余量取EC=12V(标准等级电压)。(3)计算和确定集电极电阻RC由放大电路的静、动态分析可知，RC是决定静态工作点和满足电压增益｜AU｜要求的一个关键元件。一般应从输入至输出逐步推算。锗管UB=1～3V硅管UB=3～5V7先确定输入回路的动态范围——基极信号电流的幅值为Ibm=imbeUI，取若rbe=1KΩ,则Ibm=328.2mV110Ω=28.2(μA)为了使输入动态信号不出现非线性失真，即信号动态工作不进入输入特性下面的弯曲部分，通常取最小基极电流ibmin≥10μA则静态基流IB≥Ibm+iBMIN=28.2+10=38.2(μA)取IB=40μA再在输出回路进行静态计算——管子的电流放大作用有IC=βIB=60×40=2.4(mA)又由于EC=ICRC+UCEQ+VE若取UCEQ=VE=4V则RC=CCEQECEUV1244I2.4=1.66(KΩ)取标称值1.8KΩ(4)计算确定射极电阻RERE=BBEEVU40.6I2.4=1.4(KΩ)取标称值1.5KΩ(5)计算确定1BR、2BR由I1≈I2=(5-10)IB,取I1=I2=5IB=5×40=0.2(mA)再按2BR=B2V4I0.2=20KΩ即为标称值1BR=CB1E-V124I0.2=40KΩ取标称值39KΩ或43KΩ以上所确定的各电阻元件的阻值后，还要检验它们的额定功率，即CRP≥2CIRC=2.4×2.4×1.8≈0.01(W)取18WRJ1.8KΩ电阻ERP≥2CIRE=2.4×2.4×1.5≈0.008(W)取18WRJ1.5KΩ电阻1BRP≥0.2×0.2×40≈0.0016(W)取116WRJ43KΩ电阻2BRP≥0.2×0.2×20≈0.0008(W)取116WRJ20KΩ电阻(6)确定耦合电容和射极旁路电容C1、C2和CE工程计算式分别为：8C1≥(3～10)LSi12πf(R+R)C2≥(3～10)LOL12πf(R+R)C3≥(1～3)LE12πfR式中下限频率fL≥20HZ,信号源内阻RS=几欧～几十欧，输入电阻Ri≈rbe,输出电阻RO≈RC,R′E为与CE构成回路的等效电阻，且R′E=RE∥SbeR+r1+β,R′S=RS∥R′B,R′B=RB1∥RB2。如放大电路是用于放大低频信号(f=20HZ～200KHZ)，则耦合电容和射极旁路电容的容量可不必按上式计算，可直接取经验近值：(7)校验│A│由于rbe=200(1+β)E26mVImA≈200+61×262.4=860Ω=0.86KΩR′