打印稿 朱强温度检测与控制电路1Word格式.docx
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收集有关资料
朱强
1109111070
拟定设计步骤
甘霜霜
1109111071
连接各部分电路
黄秋娇
1109111072
设计并绘制双臂电桥
李淼
1109111074
设计并绘制差分放大电路
吴婷婷
1109111078
设计并绘制滞回比较器电路
赵启梅
1109111079
检查电路连接及仿真
设计目的
1、学习由双臂电桥和差动输入集成运放组成的桥式放大电路；
2、掌握滞回比较器的性能和调试方法。
设计要求
1、设计电路；
2、要求绘出原理图；
3、拟定设计步骤；
4、撰写设计报告。
摘要
温度是一个与人们生活和生产密切相关的重要物理量。
温度的测量和控制技术应用十分广泛。
在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自动的控制、调节该系统的温度。
本实验运用了一种温度检测控制电路，主要由双臂电桥、差动集成运放、滞回比较器三个部分组成，通过双臂电桥对温度模拟信号进行采集，由差动集成运放电路对采集的信号进行放大，在通过比较电路进行信号比较，最后得出输出信号。
通过本次课程设计，我们学习运用双臂电桥、差动集成运放、滞回比较器设计温度监测及控制电路的方法，学会电子电路的组装、调试和测量方法，对模拟电子技术这门学科增加更深一步的了解。
关键词：
温度监测、控制电路、双臂电桥、差分运算放大电路、滞回比较器电路
目录
第一章绪论·
·
1
第二章系统设计方案论证及分析·
2
2.1电路原理分析·
2.2设计方案·
6
2.3工作过程·
第三章温度检测与控制电路的仿真·
7
3.1双臂电桥部分的仿真·
3.2差分放大电路输出值·
3.3滞回比较器比较电压UR的值·
8
结束语·
参考文献·
9
附录·
10
第一章绪论：
电路工作原理是由NTC热敏电阻Rt为一臂，组成测温电桥，其输出经测量放大器放大，然后由滞回比较器输出“制冷”与“停止”信号（UO2），经三极管放大后控制制冷器“制冷”与“停止”，从而实现了LED灯的亮与灭。
改变滞回比较器A2的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。
第二章系统设计方案论证及分析
2.1电路原理分析
实验电路如图1所示，它是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）Rt为一臂组成测温电桥，其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。
改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。
图1 温度监测及控制实验电路
（1）、测温电桥
由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器。
其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数，而温度系数又与流过它的工作电流有关。
为了稳定Rt的工作电流，达到稳定其温度系数的目的，设置了稳压管D2。
RW1可决定测温电桥的平衡。
（2）、差动放大电路
由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压△U按比例放大。
其输出电压
当R4＝R5，（R7+RW2）=R6时
RW3用于差动放大器调零。
可见差动放大电路的输出电压U01仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。
（3）、滞回比较器
差动放大器的输出电压U01输入由A2组成的滞回比较器。
滞回比较器的单元电路如图2所示，设比较器输出高电平为U0H，输出低电平为UOL，参考电压UR加在反相输入端。
当输出为高电平U0H时，运放同相输入端电位
当ui减小到使u+H＝UR，即
此后，ui稍有减小，输出就从高电图2 同相滞回比较器
平跳变为低电平。
当输出为低电平U0L时，运放同相输入端电位
当ui增大到使u+L=UR，即
此后，ui稍有增加，输出又从低电平 图3电压传输特性
跳变为高电平。
因此UTL和UTH为输出电平跳变时对应的输入
电平，常称UTL为下门限电平，UTH为上门限电平，而两者的差值
△
称为门限宽度，它们的大小可通过调节R2/RF的比值来调节。
图3为滞回比较器的电压传输特性。
由上述分析可见差动放器输出电压u01经分压后A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压UR相比较。
当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A2输出正饱和电压，三极管T饱和导通。
通过发光二极管LED的发光情况，可见负载的工作状态为加热。
反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，A2输出负饱和电压，三极管T截止，LED熄灭，负载的工作状态为停止。
调节RW4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。
2.2设计方案
第一步设计测温电桥由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器。
第二步设计差动放大电路由A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压△U按比例放大。
第三步设计滞回比较器
2.3工作过程
1、差动放大器
差动放大电路如图4所示。
它可实现差动比例运算。
图4 差动放大电路
1）、运放调零。
将A、B两端对地短路，调节RW3使UO＝0。
2）、去掉A、B端对地短路线。
从A、B端分别加入不同的二个直流电平。
当电路中R7+RW2=R6，R4＝R5时，其输出电压
在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。
3）、将B点对地短路，把频率为100Hz、有效值为10mV的正弦波加入A点。
用示波器观察输出波形。
在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和u0的电压。
算得此差动放大电路的电压放大倍数A。
2、桥式测温放大电路
将差动放大电路的A、B端与测温电桥的
、
端相连，构成一个桥式
测温放大电路。
1）、在室温下使电桥平衡
在实验室室温条件下，调节RW1，使差动放大器输出U01＝0（注意：
前面实验中调好的RW3不能再动）。
2）、温度系数K（V/C）
由于测温需升温槽，为使实验简易，可虚设室温T及输出电压u01，温度系数
3）、桥式测温放大器的温度－电压关系曲线
根据前面测温放大器的温度系数K，可画出测温放大器的温度－电压关系曲线，实验时要标注相关的温度和电压的值，如图5所示。
从图中可求得在其它温度时，放大器实际应输出的电压值。
也可得到在当前室温时，U01实际对应值US。
4）、重调RW1，使测温放大器在当前室温下输出US。
即调RW1，使U01＝US。
2、滞回比较器
3、滞回比较器电路如图5所示。
1）、直流法测试比较器的上下门限电平
首先确定参考电平UR值。
调RW4，使UR＝2V。
然后将可变的直流电压Ui加入比较器的输入端。
比较器的输出电压U0送入示波器Y输入端（将示波器的“输入耦合方式开关”置于“DC”，X轴“扫描触发方式开关”置于“自动”）。
改变直流输入电压Ui的大小，从示波器屏幕上观察到当u0跳变时所对应的Ui值，即为上、下门限电平。
2）、交流法测试电压传输特性曲线
将频率为100Hz，幅度3V的正弦信号加入比较器输入端，同时送入示波器的X轴输入端，作为X轴扫描信号。
比较器的输出信号送入示波器的Y轴输入端。
微调正弦信号的大小，可从示波器显示屏上到完整的电压传输特性曲线。
图5 温度－电压关系曲线 图6 滞回比较器电路
4、温度检测控制电路整机工作状况
1）、按图1连接各级电路。
（注意：
可调元件RW1、RW2、RW3不能随意变动。
如有变动，必须重新进行前面内容。
）
2）、根据所需检测报警或控制的温度T，从测温放大器温度－电压关系曲线中确定对应的u01值。
3）、调节RW4使参考电压
R＝UR＝U01
4）、用加热器升温，观察温升情况，直至报警电路动作报警（在实验
电路中当LED发光时作为报警），记下动作时对应的温度值t1和U011的值。
5）、用自然降温法使热敏电阻降温，记下电路解除时所对应的温度值t2和U012的值。
6）、改变控制温度T，重做2）、3）、4）、5）、内容。
把测试结果记录下来。
根据t1和t2值，可得到检测灵敏度t0=（t2-t1）
注：
实验中的加热装置可用一个100Ω/2W的电阻RT模拟，将此电阻靠近Rt即可。
第三章温度检测与控制电路的仿真
用Multisim软件进行电路图的绘制和仿真。
温度检测与控制电
路的仿真图7如下：
图7
3.1双臂电桥部分的仿真
参照图1的电路图，在节点A和B处分别接万用表，并调至电压档可测得当Rt在某一固定值时，两处的电压为UA、UB。
如图8：
图8A点与B点处的电压值
3.2差分放大电路输出值U01
保持Rt不变，在U01处接万用表XMM3，调至电压档，测得U01的值，如图9：
图9图10
3.3滞回比较器比较电压UR的值
在滞回比较器的反向接地端接入万用表XMM4，测得仿真电压UR，如图10。
仿真过程中，通过调节Rt的阻值，来实现温度的变化，调节过程中，LED灯会实现亮与灭。
结束语
回顾从理论准备到实践准备到系统设计到最后撰写论文、定稿，此时我思绪万千，收益颇丰，既是对自己现有的能力的巩固，又是对新知识的理解和掌握，同时又提高了我动手和动脑的能力。
这次实习让我对之前所学的电路知识得以巩固，且对集成运放，双臂电桥，滞回比较等有了更加深刻的认识和更深入的了解，这是对我们课堂所学知识的学以致用，是课堂学习的延伸。
如果当初学习电路的时候就能接触这些实践内容，我认为对课本所学知识掌握的会更加牢固。
参考文献
《电子线路设计·
实验·
测试》华中科技大学出版社
《模拟电子技术基础》第四版童诗白、华成英高等教育出版社
《模拟电子技术》胡宴如主编高等教育出版社
《电工学》电子工业出版社；
《晶体管直流稳压电源》辽宁科技出版社；
测试》华中科技大学出版社。
附录
各种组件列表：
电阻R
R1
100KΩ
R2
10KΩ
R3
220Ω
R4
R5
R6
1MΩ
R7
910KΩ
R8
R9
1KΩ
R10
R11
R12
R13
R14
100Ω
RW1
10KΩ
RW2
100KΩ
RW3
RW4
Rt
二极管
D1-IN4007
发光二极管
LED1-green
三极管
2N1711
集成运算放大器
U1A
LM358AH
U3A
电压表
数字电压显示
直流电压源
VCC电压值
-12V
VDD电压值
12V
答辩记录及评分表
答辩教师（职称）
答辩时间
2012~2013学年第二学期第5周
答
辩
记
录
1.问：
双臂电桥电路的作用？
（张书生）
答：
由NTC热敏电阻Rt为电桥的一臂，组成测温电桥，将温度的变化转化为电压的差值。
2.问：
图中KA是什么？
有何作用？
（张宗宝）
是继电器，常闭继电器，平时闭合。
U02低电平时，KA不工作，NTC元件被加热；
U02高电平时，KA工作，NTC元件停止加热。
3.问：
差分放大电路的作用？
（甘霜霜）
由于从双臂电桥测得的电压差值较小，不利于电路的运行，通过差分放大电路可以将电压值进行放大。
4.问：
滞回比较器的工作原理是什么？
（黄秋娇）
滞回比较器的同向输入端与反相输入端的参考电压UR相比较。
当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，滞回比较器输出正饱和电压。
反之，为同相输入信号小于反相输入端电压时，滞回比较器输出负饱和电压。
5.问：
如何调节控制温度的范围？
（朱强）
6.问：
怎样调节差分放大电路的放大倍数？
（李淼）
通过调节滑动变阻器Rw2的阻值可以调节差分放大电路的放大倍数。
7.问：
当温度温没有60℃时和超过60℃时的仿真的现象（吴婷婷）
当温度没有超过60℃时，仿真时LED灯亮，呈绿色，当温度超过60℃时，仿真是LED灯灭。
8.问：
电压比较器的作用？
（赵启梅）
用来比较放大电路的输出电压是否在预先设定的电压范围内，从而达到对LED灯的亮灭的控制，相当于一个门槛。
评分表
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