【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 測(cè)試負(fù)載示意圖，采用分流器方法獲取火花電流信號(hào)。在設(shè)計(jì)電阻分壓器時(shí)，分壓器的輸入阻抗足夠高，以免影響被測(cè)電路，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快，頻率響應(yīng)要寬，以免影響被測(cè)波形，其次分壓器的輸出阻抗應(yīng)比低壓檢測(cè)電路的輸入阻抗低得多，電性能要比較穩(wěn)定，精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于校正。按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“點(diǎn)火系統(tǒng)的測(cè)試方法”，要求使用的分壓器(高壓探頭)輸入電阻不小于l00MΩ,輸入電容不大于5pF。由于金屬膜電阻具有耐熱能力高，比較穩(wěn)定，電感小等優(yōu)點(diǎn)，因此高壓臂電阻選用10個(gè)10MΩ的金屬膜電阻串聯(lián)而成，采取必要的絕緣及合理的空間布置，估算對(duì)地電容值不大于5pF。低壓臂電阻采用2個(gè)l00KΩ的金屬膜電阻并聯(lián)。低壓引線采用屏蔽線將分壓后的低壓信號(hào)u送到測(cè)試電路的輸入端。在設(shè)計(jì)分流器的時(shí)候，應(yīng)注意分流器的輸入阻抗足夠低，以免影響被測(cè)電路，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要快，頻率響應(yīng)要寬，以正確反映被測(cè)波形，輸出阻抗應(yīng)比后面電路的輸入阻抗低得多，分流器的電性能要比較穩(wěn)定，精度較高，應(yīng)有良好的屏蔽，以減少主電流回路的磁場(chǎng)及其雜散磁場(chǎng)對(duì)分流器的電感性影響。按專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“點(diǎn)火系統(tǒng)的測(cè)試方法”，要求使用電流探頭(電流測(cè)量線圈)進(jìn)行火花電流的檢測(cè)。分流器應(yīng)采用無(wú)感電阻，在精度要求較高時(shí)常采用電感系數(shù)較小的電阻絲進(jìn)行無(wú)感繞制，實(shí)驗(yàn)中使用兩個(gè)10Ω的金屬膜電阻并聯(lián)作為分流器。并用屏蔽線將分流器的輸出信號(hào)傳送到后面的電路。二、跟隨器跟隨器的作用是阻抗變換，一方面要求輸入阻抗高，對(duì)檢測(cè)電路的影響特別小；另一方面要求輸出阻抗低，以保證輸出電壓信號(hào)不隨負(fù)載變化；最后還要求頻帶足夠?qū)挘员ＷC輸出電壓能及時(shí)跟隨輸入信號(hào)的變化。設(shè)計(jì)測(cè)試負(fù)載時(shí)，合理選擇分壓器和分流器電阻值，可以獲取0l0V的電壓輸入。跟隨器的電源電壓為177。15V，信號(hào)電壓范圍為177。l0V，%的誤差要求運(yùn)放的失調(diào)電壓在lOmv以內(nèi)。此外，根據(jù)被測(cè)信號(hào)的上升時(shí)間在1OuS左右，估算信號(hào)頻帶在幾百KHZ數(shù)量級(jí)，采用低價(jià)、高速四運(yùn)放集成電路LF347可以滿足要求。LF347的特點(diǎn)是：采用JET技術(shù)，輸入阻抗高達(dá)1012Ω，帶寬增益積達(dá)4MHz，電壓擺動(dòng)度為13V/μS，%的穩(wěn)定時(shí)間為2μS，輸入偏置電流為50pA，內(nèi)調(diào)偏移電壓為2mV，電源電壓范圍達(dá)177。18V，差分輸入范圍177。30V，共模輸入范圍177。15V，在輸出電壓為177。10V時(shí)可驅(qū)動(dòng)2KΩ的負(fù)載電阻。LF347適用于高速積分器、高速D/A轉(zhuǎn)換器、采樣保持器以及其它需要低輸入偏移電壓、低輸入偏置電流、高輸入阻抗、高電壓擺動(dòng)率和寬帶等場(chǎng)合。 運(yùn)放跟隨器電路 點(diǎn)火電壓測(cè)試電路點(diǎn)火線圈的次級(jí)高電壓通過(guò)電阻分壓器變換為低壓信號(hào)后，經(jīng)過(guò)跟隨器、峰值保持電路和線性光電隔離電路，送到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN1端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行點(diǎn)火電壓的測(cè)試。一、峰值保持器電路，MC14066B的控制端13(即V2)應(yīng)為高電平，使模擬開(kāi)關(guān)MC14066B導(dǎo)通，保持電容C放電復(fù)位；峰值保持器電路開(kāi)始工作時(shí)，MC14066B的控制端13(即V2)應(yīng)為低電平。使模擬開(kāi)關(guān)MC14066B斷開(kāi)，當(dāng)輸入信號(hào)Vi大于輸出信號(hào)Vp時(shí)，運(yùn)放A3A輸出高電平，D導(dǎo)通，電容C迅速充電，電壓升高，運(yùn)放A3B組成一個(gè)跟隨器電路，輸出Vp,將跟隨電容電壓的變化。顯然，當(dāng)Vi為最大值VMAX時(shí)，Vp=VMAX.。如果Vi下降，使得Vi小于Vp時(shí)，則運(yùn)放A3A輸出低電壓(負(fù)電壓)，D截止，電容C無(wú)放電回路而使其電壓得到保持，輸出電壓Vp不變，直到下一個(gè)周期的V2,脈沖到來(lái)使電容復(fù)位為止。 峰值保持電路二、線性光電隔離電路光電耦合器件在線性電路中主要作線性隔離放大或其它線性處理，雖然單片的線性光電耦合器件和隔離放大器組件已產(chǎn)品化，但這類產(chǎn)品種類較少，價(jià)格也比較高。6N136是由發(fā)光二極管與硅光敏二極管和三極管組成的光電耦合器，其輸入和輸出間直流隔離電壓高達(dá)3000V。由于光敏二極管陰極和三極管集電極是分開(kāi)引出的，故可在光敏二極管上接上偏壓，從而減小了三極管的基極和集電極電容，這樣可比普通光敏三極管輸出的光電耦合器的速度提高100倍。該器件可與TTL集成電路兼容，適用于電源控制和信號(hào)隔離等場(chǎng)合。，其中Ax用作信號(hào)藕合，Ay用作反饋網(wǎng)絡(luò)。電路的輸入電壓U，為來(lái)自峰值保持器的輸出信號(hào)。 線性光電隔離電路該電路的增益與Ax和Ay的電流傳輸比的比值有關(guān)，而與它們本身的絕對(duì)值大小無(wú)關(guān)。因此盡管光電耦合器電流傳輸比的線性度比較差，溫度系數(shù)較大，但只要這兩個(gè)光電耦合器的非線性特性個(gè)溫度系數(shù)相近，仍能獲得比較穩(wěn)定的電壓增益。由此可知應(yīng)選用兩個(gè)特性盡量一致的光電藕合器，一般可選用同一型號(hào)并是同一生產(chǎn)批號(hào)的產(chǎn)品。該電路中作為反饋網(wǎng)絡(luò)光電耦合器Ay，具有較大的時(shí)間常數(shù)，使電路容易發(fā)生自激，R7，R8，C1構(gòu)成的低通濾波器具有消振作用，改變R6的大小可以改變電路的總增益。電路的輸出電壓U。將被送到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN1端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行點(diǎn)火電壓的測(cè)試，得到次級(jí)點(diǎn)火峰值電壓值。 點(diǎn)火能量測(cè)試電路從測(cè)試負(fù)載上取出來(lái)的電壓信號(hào)和電流信號(hào)，分別通過(guò)跟隨器后，一起送到乘法器進(jìn)行運(yùn)算，再對(duì)乘法器的輸出進(jìn)行積分運(yùn)算，最后把積分器的輸出經(jīng)過(guò)線性光電隔離電路后，送到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN0端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。一、乘法器電路乘法器電路選用MC1495集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。MC1495是一種四象限寬帶線性乘法器，它的主要特點(diǎn)是：寬頻帶：負(fù)載11KΩ時(shí)為3MHz，負(fù)載50Ω時(shí)為80MHz；優(yōu)異的線性度：Vx輸入最大誤差為177。2%，Vy輸入最大誤差為177。4%；比例因子K可調(diào)；溫度穩(wěn)定性高；輸入電壓范圍達(dá)177。l0V，電源電壓177。15V。 乘法器運(yùn)算電路二、積分器電路由一個(gè)運(yùn)放和跨接在該運(yùn)放的反向輸入端和輸出端之間電容而組成的簡(jiǎn)單積分器電路，作為原理分析是可以的，但作為實(shí)用電路存在著兩個(gè)致命性的問(wèn)題：由于實(shí)際運(yùn)放存在輸入失調(diào)，這種失調(diào)會(huì)成為直流信號(hào)被積分器積分，使輸出信號(hào)的直流分量不斷增長(zhǎng)，使電路最終進(jìn)入飽和。如果輸入信號(hào)中含一定直流分量，因同樣的原因使上述問(wèn)題更加嚴(yán)重；輸出電壓中的直流分量還與電路啟動(dòng)時(shí)的初始狀態(tài)(電容上的電壓初值，輸入電壓的初相位)有關(guān)，而且這個(gè)直流分量長(zhǎng)期維持下去。由于大多數(shù)情況下初始狀態(tài)是不確定的，因此輸出直流分量也是不確定的。針對(duì)以上問(wèn)題，采用自動(dòng)穩(wěn)零積分電路。它把輸出的直流分量負(fù)反饋到輸入端，A2C和R5C1，組成具有10倍增益的有源低通濾波器，Uo2反映了Uo的平均值，即直流分量，反饋加到A2B的反相端，被積分器反相積分，使輸出的直流分量降低。積分器的前面，接有模擬開(kāi)關(guān)MC14066B，使積分器在點(diǎn)火線圈初級(jí)電流切斷，次級(jí)產(chǎn)生火花電壓(此時(shí)MC14066B的控制端接的V2脈沖為高電平，模擬開(kāi)關(guān)MC14066B接通)時(shí)有輸入信號(hào)；而在有初級(jí)電流，次級(jí)不產(chǎn)生火花電壓(此時(shí)MC14066B的控制端接的V2脈沖為低電平，模擬開(kāi)關(guān)MC14066B斷開(kāi))時(shí)無(wú)輸入信號(hào)。積分器電路的后面，接有線性光電隔離電路，不再敘述，線性光電隔離電路的輸出接到ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN0端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，得到點(diǎn)火能量值。 自動(dòng)穩(wěn)零積分電路 火花持續(xù)時(shí)間測(cè)試電路從測(cè)試負(fù)載上取出來(lái)的電流信號(hào)，通過(guò)跟隨器后，再經(jīng)過(guò)比較器的整形，把點(diǎn)火電流信號(hào)變換為脈沖信號(hào)，然后由數(shù)字光電隔離電路加到ADC0809的IN2端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，對(duì)火花持續(xù)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。一、 比較器電路比較器電路采用過(guò)零比較器，采用LM393比較器，它既可以單電源供電，又可雙電源供電，而且輸出電平可與TTL, CMOS電平兼容。由于比較 器的輸出級(jí)是集電極開(kāi)路門(OC門)，因此需要外加集電極電阻，輸出端接有177。5V的穩(wěn)壓管D3；作為比較器，其穩(wěn)態(tài)是在非線性區(qū)，輸入端可能加上高電壓，為了保護(hù)輸入端，加有D1，D2兩個(gè)保護(hù)二極管。 比較器電路二、數(shù)字光電隔離，為采用6N136的數(shù)字光電隔離電路。 數(shù)字光電隔離電路 G1作為6N136的輸入驅(qū)動(dòng)門，由于TTL電路低電平輸出負(fù)載能力強(qiáng)，所以一般采用低電平驅(qū)動(dòng)。當(dāng)G1輸出為低電平時(shí)，IF流入G1，當(dāng)G1輸出為高電平時(shí)，G1只能往外拉電流，此時(shí)IF=0。作為6N136的輸出信號(hào)整形門，由于光敏三極管輸出的開(kāi)關(guān)時(shí)間比較大，因此輸出整形是必要的。G1，G2選用MC1413，它是一種用途廣，性能優(yōu)異，負(fù)載能力強(qiáng)的接口芯片，用作TTL，CMOS集成電路與外設(shè)的接口；有七個(gè)完全相同的驅(qū)動(dòng)單元，每路負(fù)載能力最大為500mA，50V；芯片內(nèi)還設(shè)有續(xù)流二極管，保證與感性負(fù)載連接使用的安全；MC1413的輸出級(jí)是集電極開(kāi)路門(OC門)，因此需要外加集電極電阻R1和R2。數(shù)字光電隔離電路的輸出加到ADC0809的IN2端口，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，對(duì)火花持續(xù)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。 信號(hào)輸入與轉(zhuǎn)換 ADC0809芯片ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809芯片有28條引腳，各引腳功能為：IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。21～28：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。START：A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換），EOC：A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。ADC0809在工作時(shí),首先輸入3位地址，并使A