Перевод двоичных чисел в десятичные осуществляется по формуле

 

                                                                                                         (5.4)

 

где n – число разрядов двоичного числа, включая «0»; а – коэффициент 0 или 1 перед степенью 2.

Число 10101 преобразуется в десятичную форму следующим образом

N10=1·24+0·23+1·22+0·21+1·20=16+4+1=21

Основным эксплуатационным параметром счетчика является число его выходных разрядов Q. Чем больше разрядов, тем большее десятичное число входных импульсов может быть преобразовано в двоичную форму.

Например: Q=4 – наибольшее двоичное число 1111÷15; Q=8 – наибольшее число 11111111÷255.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). ЦАП предназначен для преобразования цифровых сигналов в аналоговые и применяется в тех случаях, когда бортовая ЭВМ автомобиля должна сформировать непрерывное управляющее воздействие на некоторое выходное или исполнительное устройство. Например: переместить стрелку спидометра, переместить на заданную величину клапан дополнительной подачи воздуха, открыть электромагнитную форсунку на заданное время и др. Понятие цифрового и аналогового сигналов иллюстрируется рис. 5.3

 

Рис. 5.2. Понятие аналогового и цифрового сигналов

 

Цифровой сигнал – это сигнал, амплитуда которого в любой момент времени может иметь только одно из двух значений 0 или 1. Цифровой сигнал еще называют дискретным, логическим или бинарным.

Аналоговый сигнал (непрерывный) – это сигнал, амплитуда которого в любой момент времени может принимать любое из бесчисленного множества значений из интервала Umax – Umin.

В ЦАП входным сигналом является цифровой код определенной разрядности, а входным ‑ соответствующее этому коду значение постоянного тока. Например, двоичное число 10101 необходимо преобразовать в соответствующее десятичное – 21. Это число установится на шкале стрелочного прибора (спидометра). Задача преобразования решается с помощью ЦАП, схема которого приведена на рис. 5.3

Рис. 5.3 Принцип действия ЦАП

 

Сила тока I в электрической цепи постоянного тока определяется законом Ома .                                                                                                          (5.5)

Если какой-либо ключей замкнут, соответствующие сопротивление шунтируется, и сила тока возрастает. Ключ замыкается, если в данном разряде двоичного числа значится 1 и остается открытым если 0. Величины сопротивлений R0-R4 рассчитываются так, чтобы в аналоговую величину можно было преобразовать любое двоичное число от 00000 до 11111 – (31).

ЦАПы выполняются в виде отдельных микросхем или являются составной частью бортовых микропроцессоров. Ключами в ЦАП являются полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Выходные сигналы большинства автомобильных датчиков, таких как датчик температуры двигателя, температуры воздуха, массового расхода воздуха, положения дроссельной заслонки, датчик детонации являются аналоговыми. Такие сигналы бортовая ЭВМ воспринимать не может. Их необходимо преобразовать в цифровую форму.

АЦП предназначен для преобразования непрерывных сигналов в последовательность двойных чисел, адекватно представляющих исходный непрерывный сигнал с определенной погрешностью. При таком преобразовании неизбежно происходит потеря информации.

Непрерывный сигнал любого датчика можно представить в виде последовательности амплитуд (отсчетов), как показано на рис. 5.8. Такое представление называется квантованием.

 

Рис. 5.4. Квантование аналогового сигнала

 

Если отсчеты амплитуд U1, U2….U9 идут редко, ∆t велико, то погрешность преобразования возрастает, при уменьшении ∆t - снижается. В автомобильных АЦП ∆t=1мс, т.е. опрос всех датчиков автомобиля осуществляется 1000 раз в секунду. Эта частота называется тактовой частотой.

В состав рассматриваемого АЦП входит компаратор (рис. 5.6.). Это устройство построено на основе операционного усилителя, имеет два входа и один выход, предназначено для сравнения амплитуд двух аналоговых сигналов Uс и выходного сигнала ЦАП - Uцап. Результатом сравнения является бинарный сигнал.

Рис. 5.5 Схема аналого-цифрового преобразователя

 

Если UЦАП<UC, то на выходе компаратора присутствует логическая единица, которая разрешает работу счетчика по его входу V. Во всех других случаях на входе компаратора – нуль, и работа счетчика останавливается. Содержимое счетчика обнуляется, если на его вход R поступает импульс сброса.

Устройство работает следующим образом. Импульсы тактовой частоты, обеспечивающие квантование входного сигнала UС, обнуляют счетчик и включают в работу генератор счетных импульсов. Нулевое состояние счетчиков дает нулевое входное напряжение ЦАП, возникает состояние UЦАП<UС, на выходе компаратора ‑ высокий уровень. Счетчик включается в работу и считает импульсы, поступающие на вход С от генератора счетных импульсов. Двоичное число на выходе счетчика начинает расти, UЦАП также пропорционально растет до того момента, когда UЦАП=UС. Выходное напряжение компаратора скачком изменяется в нуль, счетчик останавливается. На его выходе сформировано двоичное число Q0…Q4, соответствующее амплитуде сигнала UС. Затем это число заносится в оперативное запоминающее устройство, входящее в состав бортовой микроЭВМ. Следующий импульс тактовой частоты обнулит это число, процесс преобразования начнется снова.

Запоминающие устройства. ЗУ предназначены для приема (записи), хранения и выдачи (считывания) информации, представленной двоичным кодом. ЗУ подразделяются на постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) и оперативные запоминающие устройства (ОЗУ). ПЗУ служат для хранения неизменяемых программ и констант. Основными требованиями к ПЗУ являются неразрушающее считывание и энергонезависимость хранения информации. К основным параметрам ОЗУ можно отнести информационную емкость, скорость записи и считывания. ОЗУ предназначены для хранения переменных данных и программ в процессе текущих вычислений. Записанная в ОЗУ информация разрушается после отключения питания. Например, в бортовой ЭВМ коды неисправностей стираются после отключения аккумуляторной батареи. Хотя существуют и энергонезависимые ОЗУ.

По способу записи информации различают три разновидности ПЗУ: программируемые при изготовлении (масочные), однократно программируемые и многократно программируемые. В массовых автомобилях применяются, как правило, масочные ПЗУ. В автомобилях представительского класса и спортивных применяются однократно программируемые. Данные в ПЗУ записываются после прогона автомобиля на беговом стенде. Автомобиль при этом управляется стационарным компьютером, с помощью которого оптимизируются базовые программы по критериям экологической безопасности или наибольшей мощности двигателя. Затем эти программы записываются в ПЗУ, а ПЗУ устанавливается в электронный блок управления автомобилем. ПЗУ с записанными в нем программами иногда называют «микрочипом». Микрочипы можно программировать, например, по критерию максимума мощности и менять в процессе эксплуатации автомобиля. Этот процесс называется «чип-тюнинг».

Операционный усилитель (ОУ). В настоящее время операционные усилители выполняются в виде твердотельных интегральных микросхем и по своим размерам и цене практически не отличаются от отдельно взятого транзистора. Благодаря практически идеальной передаточной характеристике (рис. 5.6,б) ОУ, реализация схем обработки аналоговых сигналов и их усиления оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах.

 

Рис. 5.6 Способы включения операционного усилителя: а – схемное обозначение ОУ; б – передаточная характеристика; в, г – прямое включение ОУ и диаграммы входных и выходных сигналов; д, е – инверсное включение ОУ и диаграммы входных и выходных сигналов

В схемах автомобильной электроники ОУ встречаются достаточно часто. Они усиливают первичные сигналы всех аналоговых датчиков автомобиля, входят в состав регуляторов напряжения бортовой сети, коммутаторов зажигания и др.

В отличие от транзистора ОУ имеет два входа: Вх1 – инверсный и Вх2 – прямой (рис. 5.7, а) и один выход. Для своей работы в большинстве случаев ОУ требует два разнополярных источника питания.

Одной из основных характеристик ОУ является его передаточная характеристика (рис. 5.7, б). По оси абцисс отложена разность напряжений между входами ∆Uвх=Uвх1-Uвх2. Разность ∆Uвх находится в пределах единиц микровольт, выходное напряжение – вольты. Отсюда коэффициент усиления ОУ – сотни тысяч. Например,

К= Uвых/ Uвх=12В/100·10-6=120000                                                     (5.6)

 

Виду столь большого коэффициента усиления ОУ не может работать в линейном (пропорциональном) режиме усиления без обратной связи. Существует два основных способа включения ОУ. Прямое (неинвертирующее) включение (рис. 5.7, в), когда входной сигнал Uвх подается на прямой вход и усиливается с коэффициентом усиления Кус=1+Rос/R1. Инвертирующее включение: прямой вход заземляется, а входной сигнал Uвх подается на инвертирующий вход через резистор R1. Коэффициент усиления при этом Кус=- Rос/R1, а фаза выходного сигнала меняется на противоположную.

Компаратор. Это устройство, выполненное на основе операционного усилителя и предназначенное для сравнения двух аналоговых сигналов А(t) и В(t) по амплитуде. Результатом сравнения в некоторый момент времени является неравенство А<В или А>В. Первому неравенству соответствует логический нуль, второму – единица. Работа компаратора поясняется рис. 5.7.

Конструктивно компаратор представляет собой ОУ, который включается без обратных связей. Поэтому работать в линейном режиме ОУ не может и переключается скачком из нуля в единицу и обратно в зависимости от соотношения амплитуд сигналов А(t) и В(t). Компаратор занимает промежуточное место между аналоговыми и цифровыми микросхемами. Он позволяет получить один бит информации в результате сравнения по амплитуде двух аналоговых сигналов.

 

Рис. 5.7. Работа компаратора

 

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд (рис.5.7) состоит из трансформатора ТР, электронной схемы, переключателей К1 – К5 и колодки, имеющей три ряда контактов «а», «в» и «с», к которым подключены одноименные точки схемы.

Трансформатор ТР содержит три обмотки: первичная W1 подключается к сетевому напряжению 220 В, вторичные обмотки W2 и W3 подают в схему 15В и 17 В соответственно. Выводы обмотки W2 подключены к схеме двухполупериодного выпрямителя, собранного на диодах VD1…VD4. Анодные выводы диодов VD2…VD4 подключены к общему проводу (контакты а8, а9 колодки). На катодных выводах диодов VD1, VD3 формируется пульсирующее напряжение, положительное относительно общего провода. Через резистор R1 это напряжение подается на схему питания транзистора VT1. Через переключатель К1 к этой цепи питания может подключиться нагрузочный резистор R2 или конденсатор Сф1.

Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Рабочая точка транзистора регулируется переменным резистором R3, включенным в верхнее плечо делителя R3, R4, R5. Нагрузкой транзистора является резистор R6. Через разделительный конденсатор Ср, ограничительный резистор R8 на базу транзистора подается переменное напряжение с амплитудой 50 мВ. Это напряжение формируется генератором «Г» и подается на конденсатор Ср с помощью переключателя К5. Переключатель К2 может соединять базу транзистора с эмиттером и тем самым полностью закрывать транзистор.

Обмотка W3 трансформатора подключена между общим проводом и анодом диода VD5, который осуществляет однополупериодное выпрямление переменного напряжения. Через резистор R7 это напряжение подается на конденсатор Сф2, сглаживающий пульсации, и стабилитрон VD6, имеющий напряжение стабилизации 7В, которым питается цифровая микросхема «И-НЕ» D1 (конъюнкция).

 

Рис.5.8. Принципиальная схема стенда

Источником испытательного сигнала для микросхемы является генератор «Г», когда переключатель К5 переведен в верхнее положение. Однако цифровая микросхема не может работать с сигналами переменного тока, создаваемого генератором, поэтому генератор подключен к схеме через цепочку R9, VD7. Резистор R9 является ограничительным, а диод VD7 замыкает накоротко отрицательные полуволны сигнала генератора. Переключатель К4 предназначен для реализации логической функции «И – НЕ» микросхемой D1.

Содержание работы

1. Изучить принципиальную схему стенда.

2. Ознакомиться с работой однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей.

3. Ознакомиться с работой цифровой микросхемы.

4. Проверить усилительные свойства транзистора.

Порядок выполнения работы

1. Включите осциллограф в сеть и дайте ему прогреться 2…3 минуты.

1.1. Подготовьте осциллограф к работе, для этого установите:

- среднюю яркость луча;

- чувствительность канала вертикального отклонения 5…10 В/дел.;

- скорость горизонтальной развертки 5…7 мс/дел.;

- переключатель вида синхронизации в положение «внутренняя»;

- общий провод осциллографа подключите к точке «а8» или «а9» исследовательского стенда;

- вход осциллографа должен быть открытым для постоянного тока.

2. Подключите стенд к сети переменного тока напряжением 220 В.

3. Переведите все переключатели стенда в нижнее положение. При этом в соответствии с принципиальной схемой переключатели будут находиться:

К1 – в положении 1, К2 – 2, К3 – 2, К4 – 2, К5 – 1.

4. Изучите однополупериодный выпрямитель.

4.1.Переключатель К3 перевести в положение 1. При этом конденсатор сглаживающего фильтра Сф2, стабилитрон VD6 и микросхема D1 окажутся замкнутыми накоротко по питанию.

Нагрузкой однополупериодного выпрямителя, образованного диодом VD5, будет резистор R7.

4.2 Подключите осциллограф к точке С4. На экране будет изображение положительных полуволн сетевого напряжения (рис.5.8,а), амплитудой 23 В с периодом следования 20 мс.

4.3 Переведите переключатель К3 в положение 2. При этом в работу включается конденсатор фильтра Сф2, стабилитрон VD6 и микросхема D1. Сигнал в точке С4 изменится (рис.5.8,б). Он буде иметь постоянную составляющую 8 В и переменную – амплитудой 15 В. Величина постоянной составляющей определяется напряжением стабилизации VD6 и резистором R7.

4.4 Подключите осциллограф к точке С8. На экране будет прямая линия (рис.5.8,в), отстоящая от начала отсчета на 7 В. Эта величина постоянного напряжения для питания микросхемы D1.

4.5 Полученные при выполнении пунктов 4.1…4.4 осциллограммы занести в журнал испытаний, отметив особо их отличие от приведенных на рис. 5.8, а…в.

5. Изучите двухполупериодный выпрямитель, образованный диодами VD1…VD4, включенными по мостовой схеме. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором Сф1.

5.1. Переведите переключатель К1 в положение 2. При этом из схемы будет исключен конденсатор фильтра Сф1.

5.2. Подключите осциллограф к точке С1. На экране будет наблюдаться осциллограмма двухполупериодного выпрямления (рис. 5.8, г).

5.3. Переведите переключатель К1 в положение 1. В работу включится конденсатор фильтра Сф1 и осциллограф покажет наличие в точке С1 постоянного напряжения величиной 18 В (рис. 5.8, д).

5.4. Зафиксируйте в журнале испытаний осциллограммы по п.п. 5.2, 5.3, обращая внимание на отличие фактического их вида от приведенного на рис. 2.5, г. Дайте свое объяснение этих отличий.

6. Изучите микросхемы «И – НЕ», подключите осциллограф к точке «а7». На экране будет виден выходной сигнал генератора «Г», представляющий собой синусоиду с периодом 20 мс и размахом 10 В (рис. 5.8, е). Цифровая микросхема не может работать с сигналами отрицательной полярности (выйдет из строя). Поэтому отрицательные полуволны переменного напряжения генератора шунтируются диодом VD7.

6.1. Подключите осциллограф к точке С5. Вид осциллограммы приведен на рис. 5.13, ж. Такая форма однополярного сигнала подается на вход 1 микросхемы. Она представляет собой последовательность «нулей» и искаженных «единиц» (положительные полуволны). На вход 2 через резистор R10 подается постоянное напряжение источника питания (единица).

6.2. Подключите осциллограф к точке С6. В соответствии с таблицей истинности для микросхемы «И – НЕ», получим цифровой сигнал (рис.5.13, з). В точке С7 этот сигнал будет в противофазе.

6.3. Переведите переключатель К4 в положение 1. Тем самым на вход 2 микросхемы поступит «0». Согласно таблице истинности, на выходе 3 появится «1», на входе 4 – «0». Таким образом, вторая сборка «И – НЕ» выполняет в данной схеме функции инвертора.

7. Испытание транзистора. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой является резистор R6. С помощью переменного резистора R3 можно менять напряжение между базой и эмиттером и, как следствие, положение рабочей точки транзистора. Цель настоящего исследования – изучить качественную зависимость усилительных свойств транзистора от положения рабочей точки на нагрузочной прямой.

7.1. Установите переключатель К5 в положение 2, подключите осциллограф к точке С2 и убедитесь в наличии переменной составляющей на базе транзистора.

7.2. Подключите осциллограф к точке С3, и путем переключения К2 убедитесь в работоспособности транзистора. Когда ключ К2 находится в положении 2 транзистор закрыт и напряжение в точке С3 близко к напряжению питания 18 В. Если база транзистора не замкнута ключом К2 на общий провод, транзистор находится в активном режиме.

7.3. Установите чувствительность канала вертикального отклонения 100…50 мВ/дел., вход осциллографа оставить открытым только для переменного тока.

7.4. Подключите осциллограф к точке С2 и измерьте размах сигнала переменного тока, поступающего от генератора через конденсатор Ср и резистор R8 на базу транзистора. Величина размаха должна быть около 100 мВ.

7.5. Уменьшите чувствительность канала вертикального отклонения до 0,5…1 В/дел.

7.6. Подключите осциллограф к точке С2, откройте его вход для постоянного тока. Осциллограмма будет иметь вид, приведенный на рис.5.9,а.

7.7. С помощью резистора R3 задайте напряжение UБЭ около 0,7 В. Это означает, что рабочая точка транзистора находится вблизи области отсечки, следовательно, ток коллектора не может стать меньше некоторого значения. Ограничение тока коллектора приводит к искажению синусоиды снизу (рис. 5.9, б).

7.8. Подключите осциллограф к точке С3 и убедитесь в искажении гармоничного сигнала. Вид осциллограммы приведен на рис.5.9, г.

7.9. С помощью резистора R3 подберите положение рабочей точки транзистора так, чтобы искажения гармоничного сигнала были минимальными. Величина искажений оценивается по осциллограмме в точке С3 визуально. Примерный ее вид приведен на рис.5.9, в.

Рис. 5.9. Осциллограмма испытания транзистора

 

7.10. Осциллографом измерьте полученную в п.п. 7.9 двойную амплитуду Uвых сигнала в точке С3, величину постоянного напряжения на базе UБЭ и по формуле KU = Uвых/Uвх определите коэффициент усиления транзистора по напряжению (Uвх=100 мВ).

7.11. Увеличивая резистором R3 напряжение UБЭ, сместите рабочую точку транзистора к области насыщения. При этом осциллограмма выходного напряжения будет иметь вид (рис.5.9,б). Зафиксируйте значение полученного напряжения UБЭ.

7.12. Зафиксируйте в журнале испытаний осциллограммы по п.п. 7.4…7.11, обращая особое внимание на отличие фактического их вида от приведенного на рис.5.9, а…г. Дайте свое объяснение этих отличий.

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение полупроводникового диода.

2. Какими параметрами характеризуется полупроводниковый диод?

3. Что такое обратный ток диода?

4. Нарисуйте осциллограмму однополупериодного выпрямления.

5. Нарисуйте осциллограмму двухполупериодного выпрямления.

6. Какими основными параметрами характеризуется резистор?

7. Какими основными параметрами характеризуется конденсатор?

8. В каких единицах измеряется емкость конденсатора?

9. Объясните назначение и принцип действия стабилитрона.

10. Нарисуйте вольт-амперную характеристику диода.

11. На каком участке вольт-амперной характеристики работает стабилитрон?

12. Что такое транзистор и для чего он предназначен?

13. Какие способы включения транзисторов Вы знаете? Какой из них является наиболее распространенным?

14. Что такое выходная вольт-амперная характеристика транзистора?

15. Что такое рабочая точка транзистора?

16. В каких режимах работает транзистор?

17. Охарактеризуйте закрытое и открытое состояние транзистора.

18. Почему при замыкании ключа К2 транзистор закрывается?

19. Что такое коэффициент усиления транзистора по току?

20. Почему происходит искажение формы сигнала транзистора при изменении тока базы?

21. Чем отличается дискретный (цифровой) сигнал от аналогового?

22. Составьте таблицу истинности для логического элемента «И – НЕ».

23. Почему при замыкании ключа К4 цифровая микросхема перестает реагировать на входные сигналы?

24. Объясните принцип работы компаратора?

25. Назовите эксплуатационные свойства и способы включения операционного усилителя?

26. Перечислите виды запоминающих устройств.

27. Объясните принцип действия аналого-цифрового преобразователя?

28. Объясните принцип действия цифроаналогового преобразователя?

29. Объясните назначение и принцип действия триггера?

Основная литература: ОЛ1ОЛ2

Дополнительная литература: ДЛ5ДЛ6

Практическая работа № 6

Устройство, характеристики и оценки технического состояния искровых свечей зажигания

Цель работы: практическое применение знаний о свечах зажигания.

Задача работы: Изучить основные параметры свечах зажигания

Теоретические сведения и методические указания

Принцип действия бесконтактного магнитоэлектрического датчика поясняется на рис. 6.1. На валике 5 распределителя зажигания жестко закреплен постоянный магнит 7 и пара клювообразных полюсов 4, 6. Причем во впадину южного полюса магнита входит клюв северного так, что угловое расстояние между ними остается для всех полюсов одинаковым. Полюса магнитов выполнены из стали. Построенный таким образом подвижный многополюсный ротор помещен в неподвижный статор. Статор состоит из основания 2 и крышки 1 с клювообразными полюсами, число которых равно числу полюсов ротора. Также провода ПЭВ-2 диаметром 0,07, как и в роторе, клювы основания расположены в пазах крышки. Внутри статора находится катушка 3, содержащая около тысячи витков, провода ПЭВ-2 диаметром 0,07 мм.

Рис.6.1. Конструкция магнитоэлектрического датчика

 

Магнитный поток Ф, создаваемый постоянным магнитом, выходит (условно) из полюса S, пересекает воздушный зазор d1, распространяется по крышке и основанию статора, пересекает зазор d2 и замыкается на северном полюсе N постоянного магнита. Таким образом, магнитный поток пронизывает витки катушки 3. На рис. 6.1 магнитный поток Ф показан пунктирной линией. При вращении ротора зазоры d1 и d2 синхронно меняются от минимального значения, когда клюв ротора находится против клюва статора, до максимального, когда клюв ротора располагается против впадины статора. Это приводит к изменению магнитного сопротивления системы и, следовательно, к изменению величины магнитного потока Ф. Согласно закону электромагнитной индукции переменный магнитный поток dФ/dt создает электрическое напряжение Uв=U(α) на выводах катушки 3:

 

                                                                                                  (6.1)           

 

где К – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами катушки и магнитной системы датчика.

Форма изменения магнитного потока Ф и соответствующая ей форма изменения напряжения Uв на выводах катушки приведены на рис. 6.2.

Рис.6.2. Осциллограммы в контрольных точках коммутатора

Нетрудно видеть, что напряжение изменяется от положительного максимума до отрицательного, поэтому переход через ноль (ось времени t) может быть использован для управления системой зажигания при получении точного момента искрообразования. Однако точку перехода через ноль достаточно сложно выделить, так как электронная схема, решающая эту задачу, будет чувствительна к сигналам помехи. Поэтому для получения момента искрообразования используют точки «а» или «в», которые выбираются на допустимо низких уровнях. При этом обеспечивается нечувствительность схемы к помехам и надежное искрообразование в период пуска двигателя.

Конструктивно основание 2 датчика (рис.6.1) закреплено на подвижной пластине вакуум-корректора (на рисунке не показана). Для 4-, 6- и 8- цилиндровых двигателей бесконтактные датчики отличаются числом пар полюсов статора и ротора. Число пар полюсов равно числу цилиндров двигателя. Магнитоэлектрические датчики устанавливаются на автомобилях ГАЗ, УАЗ, ЗИЛ. Регулировка начального угла опережения зажигания в двигателях, оборудованных такими распределителями, осуществляется путем совмещения рисок 8 (рис.6.1) на статоре и роторе, когда первый цилиндр находится в ВМТ такта сжатия.

На рис.6.3 приведена принципиальная схема лабораторного исследовательского стенда, которая отличается от реальной бесконтактной системы зажигания восьмицилиндрового двигателя только наличием амперметра.

Схема работает следующим образом. При включении зажигания входной транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, т.к. R5<R1+R3, и управляющий сигнал датчика Д отсутствует. При этом транзистор VT2 открыт. База транзистора VT3 соединена с источником питания через открытый коллектор-эмиттерный переход VT2 и резистор R7. Поэтому транзистор VT3 также открыт и насыщен. От источника питания ток проходит через амперметр, ограничивающий резистор R11, первичную обмотку W1 катушки зажигания типа Б114, коллектор-эмиттерный переход транзистора VT3 на «массу».    Ток в первичной цепи системы зажигания при неработающем двигателе достигает 6А. При вращении коленчатого вала двигателя переменное напряжение, вырабатываемое магнитоэлектрическим датчиком, через резистор R2, диод VD2 и цепочку R3, С2 поступает на базу транзистора VT1. Воздействие этих импульсов напряжения вызывает отпирание транзистора VT1. Так как сопротивление открытого транзистора VT1 мало, то потенциал коллектора транзистора VT1, а следовательно, и базы транзистора VT2 становится близким к нулю, что приводит к запиранию транзисторов VT2 и VT3. Запирание транзистора VT3 обусловливает обрыв тока в первичной обмотке катушки зажигания. В момент прерывания тока происходит резкое изменение магнитного потока.

Это приводит к появлению на зажимах первичной обмотки напряжения самоиндукции величиной 160 В. Коэффициент трансформации катушки типа Б114 равен 235. Учитывая КПД катушки, равный 0,75, найдем величину вторичного напряжения, прилагаемого к свечам зажигания U2 = 160·235·0,75=28,2 ·103 В.

В течение интервала времени Т3 (рис.6.2,) транзистор VT3 остается закрытым. Параметры существующего при этом колебательного процесса определяются величиной емкости конденсатора С7 и индуктивности катушки зажигания. Во время Т0 транзистор VT3 остается открытым и вновь происходит накопление магнитной энергии в катушке зажигания.

Период Т определяет собой промежуток времени между двумя соседними искрами. Измеряя его с помощью осциллографа, можно определить угловую скорость вращения валика прерывателя.

Обозначив через М число цилиндров двигателя, выразим время одного оборота коленчатого вала формулой Тобор.=ТМ. Отсюда число n оборотов в минуту валика распределителя будет равно

                                                                                                 (6.2)

где Т – интервал времени, мс.

При вращении валика распределителя зажигания подвижный контакт (бегунок) последовательно подключает высоковольтный вывод катушки зажигания к выводам на крышке распределителя, которые соединены со свечами. Последовательность работы свечей определяется конструкцией двигателя. Например, для 8-цилиндрового V-образного карбюраторного двигателя ЗИЛ последовательность соединения: 1Л- 3Л - 3П – 2Л – 2П – 1П. Здесь Л и П означают соответственно левые и правые группы цилиндров.

Достоинства и недостатки коммутатора

По сравнению с контактной и контактно-транзисторной системами зажигания коммутатор 13.3734-01 обладает следующими преимуществами: не имеет механически изнашивающихся элементов (контактов) и, следовательно, более надежен; за счет быстрого обрыва первичного тока и применения катушки зажигания с бóльшим коэффициентом трансформации повышена энергия искры зажигания; при неработающем двигателе магнитоэлектрический датчик представляет собой закоротку и надежно запирает выходной транзистор.

Недостатки: магнитоэлектрический датчик может работать только в динамике, если коленчатый вал двигателя вращается медленно, коммутатор работает неустойчиво и создает трудности при пуске двигателя; также как и в ранее рассмотренных системах зажигания, энергия искры уменьшается с ростом числа оборотов двигателя, так как схема не регулирует время накопления энергии в катушке.

Содержание работы

1. Изучить принцип действия магнитоэлектрического датчика момента зажигания и электронную схему коммутатора.

2. Определить зависимость величины тока, потребляемого системой, от частоты вращения валика распределителя.

Порядок выполнения работы

1. Заготовить табл.6.1, 6.2 и систему координат для фиксации осциллограмм в контрольных точках коммутатора.

 

Таблица 6.1

Т, мс
n, мин-1
I, А

 

Таблица 6.2

Rш, Ом
Ud, В

 

2. Снять зависимость величины тока, потребляемого системой, от числа оборотов коленчатого вала двигателя.

3. Убедиться, что тумблер макета системы зажигания выключен.

4. Подсоединить аккумулятор или другой источник питания напряжением 12В к макету системы, соблюдая полярность.

5. Включить осциллограф, перевести его в режим внешней синхронизации положительным импульсом и подключить вход синхронизации к выводу 1 колодки Х1. Корпус осциллографа соединить с общим проводом системы или выводом 7 колодки Х1.

6. Включить тумблер питания стенда 7. Подсоединить измерительный вход осциллографа к выводу 6 колодки, что соответствует точке f схемы коммутатора.

7. Выбрать необходимый масштаб осциллограммы и, вращая ручку «Уровень синхронизации», добиться устойчивого изображения осциллограммы.

8. Изменяя скорость вращения валика распределителя путем поворота ручки на панели стенда, фиксировать по временной сетке экрана осциллографа интервал времени Т. Каждое значение Т и соответствующее ему значение тока, отсчитываемое по шкале амперметра, заносить в табл.6.1.

9. Для каждого Т по формуле (6.1) рассчитать значение n (мин-1) и занести в таблицу.

10. По данным таблицы построить график зависимости I=f(n).

Контрольные вопросы

1.Чем отличаются характеристики I=f(n) контактной, контактно-транзисторной и бесконтактной систем зажигания.

2.Почему наклон характеристики I=f(n) у бесконтактной системы меньше, чем у контактно-транзисторной и контактной?

3.На каком принципе основано действие магнитоэлектрического датчика момента зажигания?

4.При каком взаимном расположении ротора и статора магнитоэлектрического датчика формируется искра?

5.Будет ли работать датчик, если сместить крышку статора относительно основания? Ответ обосновать.

6.Для чего нужен в датчике постоянный магнит?

7.Для чего в нормально работающей системе бесконтактного зажигания напряжение датчика достигает 90 В, если она работает и от 4 В?

8.Представляет ли опасность для жизни напряжение бесконтактного датчика?

9.Почему наблюдается снижение тока потребления системы при увеличении скорости вращения валика распределителя?

10. Чем отличается катушка зажигания бесконтактной системы от катушки контактной системы?

11. Взаимозаменяемы ли катушки зажигания контактно-транзисторной и бесконтактной систем?

12. Зачем последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания включен резистор R11.

13. Что произойдет, если в резисторе R11 будет обрыв или короткое замыкание?

14. Объясните назначение диода VD4 в схеме коммутатора.

15. Объясните назначение конденсатора С1 в схеме коммутатора.

16. Почему в точке «в» схемы коммутатора вершина импульса имеет пологую форму, а в точке «с» ‑ прямоугольную?

17. Почему в точках «с» и «d» схемы коммутатора импульсы имеют одинаковую форму?

18. Каким образом в бесконтактной системе задается время накопления магнитной энергии в катушке?

19. Возможно ли в бесконтактной системе менять время накопления магнитной энергии?

20. Как установить начальный угол опережения зажигания в бесконтактной системе?

Основная литература: ОЛ1ОЛ2

Дополнительная литература: ДЛ5ДЛ6

Практическая работа № 7

Конструкция, принцип действия, характеристики и оценки технического состояния распределителя зажигания

Цель работы: практическое применение знаний о распределителе зажигания.

Задача работы: Изучить основные параметры распределителя зажигания

Теоретические сведения и методические указания

Благодаря развитию микроэлектроники в современных автомобилях все больше распространяются датчики углового положения вращающихся валов на эффекте Холла. Этот эффект был обнаружен профессором Балтиморского университета (США) Эрнстом Холлом в 1879 году. Эффект Холла возникает в полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока. Если поместить полупроводниковый элемент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток J через пластину, то между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла:

                                                                                                        (7.1)

где К – постоянная Холла.

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной пластины и повышается при уменьшении её толщины. Обычно толщина пластины составляет 1 мкм. ЭДС Холла, возникающая при этом, находится в пределах 7…12 мкВ и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние электромагнитных полей. Конструктивно и технологически элемент Холла и преобразовательная схема, изображенная на рис.7.1., выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой.

Работа датчика поясняется рис.7.2. При прохождении экрана 3 модулирующего стакана 7 в зазоре между магнитоуправляемой схемой 1 и магнитом 5 происходит экранирование магнитного потока постоянного магнита и индукция на микросхеме равна нулю. При этом сигнал Vвых (рис.7.1.) имеет высокий уровень (около