模拟电子技术课程设计.docx
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模拟电子技术课程设计
模拟电子技术课程设计
课题名称：
空调温度控制器
班级：
08级自动化
学号：
11、23、32
姓名：
赖金锐、彭修建、詹清镇
指导教师：
詹庄春
信息工程系
目录
一、引言·····························1
二、设计目的·························2
三、设计任务与要求···················2
四、实验设备及元件···················3
五、方案设计与论证···················8
六、单元电路设计与实验调试···········9
七、整体电路制作调试说明·············11
八、调试中出现的问题·················12
九、总结与心得·······················13
十、设计成果展示·····················14
十一、参考文献·······················15
一、引言
温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域,如家电、汽车、材料、电力电子等,常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同,传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁,可能会因触点不良而影响正常工作。
文献[2]提出改进的、电路,采用主回路无触点控制,克服继电器接触不良的缺点,且维修方便,缺点是温度控制范围小,精度不高。
本设计要求温度可以设定，并要求温度被控制在设定的值附近，所以该系统应该是一个
闭环控制系统。
实现对温度控制的方法很多，有采用模拟电路实现的，也有采用计算机构成的智能控制。
模拟控制温度的方法主要有开关式控制法、比例式控制法和连续式控制法。
开关式控制是将检测的温度信号和设定的温度值通过比较器比较后，驱动一开关器件（一般是继电器）控制加热器的通断。
如当测量的温度低于设定的温度值时，驱动电路使继电器接通加热器的电源，使温度上升；当温度高于设定的温度时，驱动电路使继电器断开加热器的电源，停止对加热器的加热，温度将下降。
这样继电器反复动作，温度将被控制在设定值附近。
开关式温度控制方法的优点是电路简单，缺点是控制精度较低，并且在设定温度附近，频繁启动继电器，影响继电器的使用寿命。
比例式控制是选择一个固定的时间T作为控制周期，选择控制周期的长短一般根据加热的热容量选取，热容量大的可选择控制周期长一些，一般选择T=10~15秒。
当温度低于设定的温度较多时，在一个控制周期T内接通加热器电源的时间就比较长（假设为t），随着温度的升高，加热时间t逐渐减少；当温度高于设定的温度时，加热时间t等于零，温度逐渐下降，最后使温度接近稳定。
该方法控制温度精度将大大提高。
连续控制是根据测量温度的大小自动连续调节加热器电流的大小，当温度大于设定的温度时，可自动的控制减小加热器的电流，反之则增大电流，可使温度自动的保持在设定的温度上，该方法控制稳定的精度最高，电路也比较复杂，同时要求一个可控的功率器件实现对加热器电流大小的控制。
本设计要求温度的控制精度不高，可采用控制线路较简单的开关式控制方法。
二、设计目的
1通过实验调试，了解并掌握运算放大器的工作原理和使用方法及其注意事项。
2学会查阅元器件资料,读电路图辨别元器件,检查并测试元器件。
3学会绘制电路图并组装电路,调试电路的能力。
4熟练掌握各种基本仪器的使用。
5学会并熟练掌握电路仿真软件的使用（Multisim等）。
三、设计任务与要求
本次课程设计，是满足小型家用空调温度控制器，可通过手控预置温度。
控制器可按人们的要求，将室内温度保持在一定范围内。
先由环境温度作用于热敏电阻，从而改变运算放大器的电位，以达到控制具有开关作用的三极管的电位状态，继而控制继电器的工作，最后控制发动机运转。
整个过程都是自动的。
在设计思路上同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并使设计方案可行，效果良好。
使用模拟电子元件显示空调的运行和静止状态.，显示空调的运行和静止状态.，开发同学们的发散思维。
同时可以充分发挥同学们的动手操作能力。
培养同学们对课程设计的兴趣。
加深对各种援建的认识。
四、设备及元器件
代码
名称
规格型号
数量
IC1
集成电路
LM324
1
IC2
集成电路
CD4011
1
VT
三极管
2N2222
1
VD1
二极管
1N4148
1
VD2、VD3
发光二极管
2EF441（R、G）
2
Rt
负温度系数热敏电阻
MF12-1-10kΩ
1
R1
电阻
RTX-0.125-3kΩ-Ⅱ
1
R2、R4
电阻
RTX-0.125-15kΩ-Ⅱ
2
R3、R5
电阻
RTX-0.125-10kΩ-Ⅱ
2
R6、R8
电阻
RTX-0.125-1kΩ-Ⅱ
2
R7
电阻
RTX-0.125-4.7kΩ-Ⅱ
1
RP1、RP2
微调电位器
329647kΩ
2
KR
电磁式继电器
JZC-12F/012-12
1
图1、LM324引脚图与元件图
引脚
功能（v）
电压
引脚
功能
电压（v）
1
输出1
3.0
8
输出3
3.0
2
反向输入1
2.7
9
反向输入3
2.4
3
正向输入1
2.8
10
正向输入
2.8
4
电源
5.1
11
地
0
5
正向输入
2.8
12
正向输入
2.8
6
反向输入2
1.0
13
反向输入4
2.2
7
输出2
3.0
14
输出4
3.0
表1LM324引脚功能
图2、CD4011引脚图
引脚
功能
引脚
功能
1
数据输入端
8
数据输入端
2
数据输入端
9
数据输入端
3
数据输出端
10
数据输出端
4
数据输出端
11
数据输出端
5
数据输入端
12
数据输入端
6
数据输入端
13
数据输入端
7
地
14
VDD正电源
表2、CD4011引脚功能图表
图3CD4011引脚图
项目
原件参数
VDD电压范围
－0.5Vto18V
功耗
双列普通封装700mW
工作温度范围
CD4011BM-55℃-+125℃
CD4011BC-40℃-+85℃
表3CD4011参数表
图4、2N2222型三极管
参数管脚838电子
符号
2N2222
2N2222A
单位
集电极-发射极电压
VCEO
30
40
V
集电极-基极电压
VCBO
60
75
V
发射极-基极电压
VEBO
5
6
V
集电极电流-连续
Ic
600
mA
器件耗散
@TA=25℃
PD
625
mW
操作和存储结温范围
TJ,Tstg
–55to+150
℃
表4、2N2222型三极管
图51N4148二极管
项目
参数
项目
参数
二极管类型
小信号
针脚数
2
电流,If平均
150mA
总功率
Ptot:
500mW
表面安装器件
轴向引线
正向电压Vf最大
1V
时间,trr最大
4ns
电流,If@Vf
10mA
电流,Ifsm
2000A
最大正向电流,If
200mA
结温,Tj最高
200°C
电流,Ifsm
2000A
表51N4148二极管参数表
MF12负温度系数热敏电阻外型结构和尺寸：
主要技术参数：
时间常数≤30S
测量功率≤0.1mW
使用温度范围-55～+125℃
耗散系数≥6mW/℃
额定功率0.5W
JZC-12F-DC5V电磁继电器：
3296W微调电位器;
1、逆时针旋转
2、滑动片
3、顺时针旋转
实验设备：
1、模拟电路试验箱2、万用表
五、方案设计与论证
图6空调温度控制器电路图
该电路利用由运算放大器构成的双限比较器，控制室内的最高温度以及空调开启的温度。
当空调接通电源时，由R2和R3及RP1微调电位器对直流电源分压后给U1A的同相输入端一个固定基准电压。
由温度调节电路RP2、R5及R4对电源分压的微调电位器RP2调整后输出一个设定温度电压给U1B的反相输入端，这样就由U1A组成开机检测电路，由U1B组成关机检测电路。
当室内的温度高于设定温度时，由于负温度系数热敏电阻Rt和R3的分压大于U1A的同相输入端和U1B的反相输入端电压，U1A输出低电平，U1B输出高电平。
由IC2组成的RS触发器其输出端输出高电平，使三极管导通，VD2（R）点亮，继电器吸合，其常开触电闭合，接通压缩机电动机电路，压缩机开始制冷。
当压缩机工作一定时间后，室内温度下降，达到设定温度时，温度传感器阻值增大，使U1A的反相输入端和U1B的同相输入端电位下降，U1A的输出端为高电平，而U1B的输出端为低电平，RS触发器的工作状态翻转，其输出为低电平，从而使三极管截止，VD3（G）点亮，继电器停止工作，常开触点被释放，压缩机停止运转。
六、单元电路设计与实验调试分析
根据设计要求，对电路进行了Multisim软件仿真，整体仿真电路的连接见模块七。
实验一：
对运算放大器LM324加载电源测试实验
图ALED灯亮（74LM324输出端为高电平）
图BLED灯灭（74LM324输出端为低电平）
实验步骤：
1.按图接线，将ui-与2连接，ui+与3连接，u+与+12V连接，u-与-12V连接，uo与图1-21中Vcc连接。
2.调节电源输入，观察LED灯状态。
3.灯亮为“1”，熄灭为“0”。
实验一小结：
①当ui+>ui-即ui>0时
uo为高电平
②当ui+uo为低电平
实验二：
对运算放大器LM324加载电阻测试实验
图C带电阻的LED灯灭
当R6阻值增大到一定值时，U->U+,运算放大器LM324输出为低电平，此时，发光二极管灭。
图D带电阻的LED灯亮
当R6阻值减小到一定值时，U-实验步骤：
1.先定下来u-的电位，用示波器观察。
2.调节Rt阻值，使输出处于临界状态，用示波器观察u+的电位。
小结：
①RT变阻器部件位于电子箱的“整流滤波”模块，另一变阻器于“互补功放”模块，LED灯位于“观点耦合”模块。
②调试时要注意正确接线，注意防止led灯发生耦合。
七、整体电路制作调试说明
完成单元电路设计与调试试验后，步入整体电路设计与分析调试阶段，总结单元电路设计经验，在小组队员的一致努力下，团结协助，成功设计出可行的整体电路图，仿真如下图：
图E整体电路设计仿真图
实物调试步骤：
1、检验各器件是否完好无损
2、正确按图焊接电路板
3、调试各元器件参数
4、在模拟电子试验箱进行通电实验
5、观察LED灯是否正确显示，跳变
八、调试中出现的问题
在实验过程中，林林总总的问题频繁出现在调试中。
本小组遇到许多典型性问题，如焊接问题中的虚焊，导线焊接不牢等基本错漏。
此类问题需要组员细心协作、检查。
又诸如调试间的LED灯亮息问题，如：
只亮红灯，只亮绿灯，亮灯皆亮的代表性问题。
此类问题，比较难以段时间内攻克，此问题往往是由于接线错误导致的问题，属于知识理论出错范畴，尤其需要全体组员重新对整个电路进行检查推倒。
据本小组经验所得，两灯只亮其一，往往是在芯片CD4011中与非门的错误连接上导致，而且，问题隐蔽性较高，难于通过检查发现。
而红灯与绿灯皆亮，往往是因为芯片CD4011芯片中的输出端漏接导致。
其中，一比较普遍的问题值得引起调试者关注：
如滑动变阻器滑动端漏接导致变阻器未能起作用，因而导致调试失败，此问题发生现象极为普遍，本小组深有体会。
这不属于理论知识的缺乏，完全是疏忽所致，因此，细节尤显重要，导师的名言在此完美体现：
细节决定成败。
另一较重大的问题出现在本课程设计中，乃本课程关键所在。
由于热敏电阻变化室温下变化十分缓慢，导致RT阻值变化极小，难于实现其功能，导致LED灯跳变难于实现，使调试失败。
此问题的解决方法在詹导师的指导下得到有效攻克。
由于热敏电阻的作用乃是通过改变阻值大小使比较器输入端电压U->U+导致红灯启亮，所以，完全可以直接给U-加上一个可调变电压源来代替热敏电阻的作用。
至此，热敏电阻的问题得到圆满解决。
天妒英才，由于本小组过于杰出，所遇问题非常人所遇，导致实验成果一波三折，实为老天之过。
在线路正确连接，焊接精准无误，理论占据高点的情况下，依然在验收电路板时受挫不前，不能于当天圆满完成任务，实乃本组一大遗憾，深深感到一件成功作品的问世是充满坎坷与崎岖的。
最终，披荆斩棘，历经万难，在宿舍的友好氛围下，意外性的解决了问题。
原来，实乃芯片CD4011发生故障所致，由于本小组态度勤勉，反复试验，为求真理，是芯片操劳过去，中途憾死，间接导致本设计夭折，天可怜见。
呜呜…
此后，通过本课程设计，再次论证了詹导师的名言：
细节决定成败，小心使得万年船。
（当然，我说出来，我就错了。
码字好累，求加分。
）
九、总结和心得
历经为期四周的不殆学习，本小组深刻体会到了丰富知识的同时还要注重细节的求证。
在这次模拟电子技术基础课程设计中，同时也让本组员学会了很多关于模电理论方面和实践方面的知识，使我们受益匪浅，不仅锻炼了大家的动手能力，巩固了至大一以来multisim仿真软件的应用与使用。
实践证明，设计一个很简单的电路，所要考虑的问题，要比平时学习课程的时候考虑的多得多。
因此一开始，我们遇到了很多麻烦与问题。
庆幸在詹老师和同学们的帮助下，我们渐渐的懂得了入门方法。
在此期间我们发现与遭遇了许多的问题，经过反复思考和仿真验证，至终发现原来很多关于控制器的理论原理图都与实践有很大的区别，我们耐心的对原理图进行深度剖析，至终确定了合理的元件参数，并进行了细心地修改。
此刻我们作为自动化专业的学生，深深地了解到课程设计的重要性。
这次实习使我们从刚开始的不懂不会，到现在的基本掌握这个电路整体运作。
这是一次深刻而有力的进步。
通过这次实习，让使我们对所学过的知识有了一个崭新的认识，与此同时，提高了我们对考虑问题、分析以及实际动手操作的经验与能力。
让我们的综合能力迈上了新的台阶，进入新的层次。
实践证明，掌握了模电的知识及一门专业仿真软件的基本操作，无疑大大的提高了我们自己的设计能力及动手能力。
熟悉理论知识但忽略细节成败在这次实习中表现的尤为明显，它会让一次辉煌而盛大的成功生生夭折。
这刻骨铭心的体会将有助于我们今后的进一步学习，进一步端正自己的学习态度，从而更加稳健的走向成功。
模拟电子技术课程设计结束了，带着我们全体自动化学员的优美作品，为这次的课程设计画上了一个休止符。
在此，感谢我们全体辛勤劳作的08自动化学员，勉励艰苦奋斗的杰出的本小组全员，感谢我们伟大的生活与学习导师，感谢老师为我们本次课程设计付出的辛苦劳动与提供的卓越理论指导。
十、设计成果展示
①正面优美版面设计：
②优美的反面焊接：
十一、参考文献
[1]杨素行主编《模拟电子技术基础简明教程（第三版）》高等教育出版社，2006
[2]余孟尝主编《数字电子技术基础简明教程（第三版）》高等教育出版社，2006
[3]郭锁利，刘延飞，李琪等编著《基于Multisim9的电子系统设计、仿真与综合应用》人民邮电出版社，2008年
[4]部分资料来自互联网
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