NTC温度监测及控制电路.docx
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NTC温度监测及控制电路
大庆石油学院
课程设计
课程电子技术课程设计
题目NTC温度监测及控制电路
院系电气信息工程学院自动化系
专业班级自动化07-2班
学生姓名李连会
学生学号070601140215
指导教师徐建军高金兰
2009年6月29日
大庆石油学院课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目NTC温度监测及控制电路
专业自动化姓名李连会学号070601140215主要内容：
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。
基本要求：
（1）、检测电路采用热敏电阻Rt（NTC）作为测温元件。
（2）、用100Ω/2W的电阻元件作为加热装置。
（3）、设计温度检测电路和温度控制电路。
（4）、具有自动指示“加热”与“停止”功能。
（5）、写出完整的设计及实验调试总结报告。
参考资料：
[1]孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书[M].北京：
中国电力出版社，2005.10.
[2]刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:
石油大学出版社,2003.
[3]廖先芸，郝军.电子技术实践教程[M].北京:
石油工业出版社,1998.5.
[4]汪学典.电子技术基础实验[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006.8.
[5]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社,1997.
完成期限2009.6.29至2009.7.3
指导教师
专业负责人
2009年6月27日
1设计要求
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。
（1）、检测电路采用热敏电阻Rt（NTC）作为测温元件。
（2）、用100Ω/2W的电阻元件作为加热装置。
（3）、设计温度检测电路和温度控制电路。
（4）、具有自动指示“加热”与“停止”功能。
（5）、写出完整的设计及实验总结报告。
2方案设计
2.1设计思路
根据课题要求，电路主要包括四个部分。
（1）由具有负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC）为一臂组成测温电桥的传感器，来测量温度。
（2）由差动放大电路，将测得的温度信号按比例放大。
（3）测温电桥输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”“停止”信号。
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。
（4）滞回比较器输出的信号经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。
2.2总体方案方框图
停止
测温电桥
差动放大器
滞回比较器
加热器
加热
图1基本原理框图
2.3基本原理
基本原理框图如图1所示。
采用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。
3总体方案的选择和设计
3.1PTC温度控制电路
图2TC620结构图
在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的热敏电阻器成为正温度系数热敏电阻器，简称PTC元件。
TC620是一种新型智能温度控制集成电路．其内部主要由温度传感器（PTC热敏电阻）、基准电压源、温度/电压变换器、两个带滞回的电压比较器及锁存器等组成。
其主要特性参数为：
工作电压范围4．5V～18V；最大士作电流200mA；最大输出电流可达1mA；输出阻抗400Ω；测温范围-55℃～＋125℃；温度测量精度±3℃。
TC620的实际结构框图如图2所示。
A1A2及C1组成低于温度下限报警的输出，A1、A3及C2组成高于温度上限报警的输出。
C1的输出经反相后与C2的输出一起作为RS触发器的输入，由CON端输出温度控制信号。
外接两个电阻RSL和RSH，其电阻值的大小可由公式RSH（RSL）=0.59972.1312×T求出（式中T为绝对温度）。
从理论上讲，恒定温度是一个“点”。
实际上，为了防止频繁的通断信号而损坏继电器，恒定温度应是一个温度区间，这个区间的温度差值根据所要求的恒温精度确定，如2~3℃。
在设计电路时，可根据恒定温度选择温度上限电阻RSH，在以低于恒定温度2~3℃的温度选择温度下限电阻RSL。
这样，当温度高于上限时，继电器断开（保温）；当温度低于下限时，继电器吸合，从而实现恒温目的。
3.2NTC温度监测及控制电路
如图NTC温度监测及控制电路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。
差动放大器输出电压Uo1经分压后A2组成的滞回比较器，与反向输入端的参考电压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输入正饱和电压，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可以改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。
4单元电路的设计
4.1含有热敏电阻的桥式放大电路
1、测温电桥
如图3所示，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。
+12V
Vcc+
图3测温电桥电路
2、差动放大电路
图4 差动放大电路
如图4所示，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
（1）
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。
4.2滞回比较器
图5 同相滞回比器图6 电压传输性
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5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
（2）
当Ui减小到使U+H＝UR，即
（3）
此后，Ui稍有减小，输出就从高电
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
（4）
当Ui增大到使U+L=UR，即
（5）
此后，Ui稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。
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
（6）
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6为滞回比较器的电压传输特性。
4.3输出警报和控制电路
利用滞回比较器输出的电压UO2控制一个开关三极管使报警电路中的发光二极管显示不同的状态（亮/灭），同时控制电流继电器KA，进而控制加热电路的导通和截止。
调节滞回比较器的上下门限电平可控制三极管的开关时间，从而达到设定加热温度的目的。
电路如图7。
图7输出警报和控制电路
4.4元件参数的计算及选择
1、差分放大电路
如图4所示，令A、B点分别接地，
B点接地：
（7）
A点接地：
（8）
于是
（9）
设计要求差动放大电路可将A、B点电压差△U按比例放大。
即令
（10）
可得
选取R4=R5=10KΩ，R6=1MΩ，R7=910KΩ，则
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A`、B`端相连，构成一个桥式测温放大电路。
选取常温下Rt为1KΩ的热敏电阻，R1=100KΩ，R2=20KΩ，R3=220KΩ，选定室温为平衡温度，如图3所示，即要求UA-UB=0。
即，
可得，
=21.98KΩ
3、滞回比较器
图8
如图8设定参考电平UR=2V，运算放大器A2选为μA741。
其输出最大电压为±13V，即比较器输出低电平UOL=－13V，输出高电平UOH=+13V。
UR=
求得，
=16KΩ
上门限电压UTH=
下门限电压
门限宽度△UT=UTH－UTL=
5总电路图
把上述各部分电路连接起来便构成了完整的NTC温度监测及控制电路。
其总电路图如附录所示。
6总结
本次课程设计要求设计一种音乐彩灯控制器。
应用所学的知识及在图书馆搜集的资料，对题目所要求的电路进行了设计。
1、设计了两种温度控制电路进行对比，方案一是利用PTC集成元件TC260进行组配电路，方案二是利用NTC热敏电阻组配电路。
方案一电路使用集成元件相对来说比较简单。
2、在方案二的设计中，用到了差分放大器、滞回比较器、测温电桥等基本电路。
3、根据任务要求对相关参数进行了计算，并对相关元件进行了选择。
4、为了做好这次的课程设计，要充分理解电路的任务目的，先建立一个大致的电路工作过程概念。
然后再进行细节的分析，理论的验证，最终得出一套最优的方案。
参考文献
[1]孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书[M].北京：
中国电力出版社，2005.10.
[2]刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:
石油大学出版社,2003.
[3]廖先芸，郝军.电子技术实践教程[M].北京:
石油工业出版社,1998.5.
[4]汪学典.电子技术基础实验[M].武汉:
华中科技大学出版社,2006.8.
[5]彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:
高等教育出版社,1997.
附录
图9温度监测及控制电路
大庆石油学院课程设计成绩评价表
课程名称
电子技术课程设计
题目名称
NTC温度监测及控制电路
学生姓名
李连会
学号
070601140215
指导教
师姓名
徐建军
高金兰
职称
副教授
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高，工作作风严谨，善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理，计算过程简练准确，分析问题思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识，对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语：
指导教师：
年月日
升级会员 