1、 浅析电子线路课程设计实验报告浅析电子线路课程设计实验报告_邵薏婷导读：电子线路课程设计综合实验小组设计方案-闭环温度控制系统的设计设计方案报告班级：2012 级通信二班组号：第三组组长：邵薏婷 1243068组员：王晗 1243059 常珍妮 1243060 包鹤 1243062 牟昭锦 1243063 熊慧美 1243066 李菁菁 1243067 梁宇婷1243061 田航 1243065 于璠 1243070电子线路课程设计实验设计报告一、实验名称闭环温度控制系统设计二、实验要求参考老师提供的电路实验图，运用模拟电路、数字电路等技术，找出并修改其中的设计错误，最终完成闭环温度控制系统设
2、计方案。三、实验框图及总体理解（一）实验框图图 3-1 实验框图（二）总体理解闭环温度控制系统，特点是被控制量会反馈回来影响控制器的输出，从而形成闭环。闭环控制电路有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统输入信号同相，则为正反馈，若反馈信号与系统输入信号反相，则为负反馈。一般闭环控制电路都采用负反馈。温度是我们生活中非常重要的一个物理量，它在日常生活中的应用很广，如空调，冰箱，电热水器等等，对它的测量和控制更有着十分重要的意义。用闭环控制电路实现对温度的测量和控制，其核心元件是比较器。在众多比较器中，本设计选用了具有滞回特性、抗干扰能力较好的滞回比较器。通过查阅资料，设计出了一个由四部分组成闭环温度
3、控制电路。分别是以热敏电阻为核心的传感器电路、由三运放构成的精密放大电路以放大弱小信号、以滞回比较器为核心的电压控制电路以及以继电器和加热器为主的驱动加热电路。四、基本电路及功能描述（一）基本电路图 4-1 闭环温度控制系统基本电路图（二）功能描述当为电路设定一个初始温度值，与之对应的热敏电阻阻值已知，此时也产生了一个初设的 UAB。将此初设电压值传输给由 A1、A2 和A3 组成的精密仪表放大器，主要用于放大弱小信号。经放大器对电压放大并将电流传输给控制电路（此为滞回比较器），滞回比较器的输出电压值在一定范围内保持不变，但若输入的电压超过此范围，就会影起滞回比较器输出电压的变化。所以，我们利
4、用滞回比较器的惯性及抗干扰能力，可以设定一段温度范围。当电流流经驱动电路时，使电路中的发热元件（此为灯泡）发热，从而温度升高。温度的升高由热敏电阻 Rt 接收，再由温度传感器传输给电压比较器，与初设值比较，使电压输入量减少，从而减少发热元件的发热，使温度降下来。若发热元件发热不足，温度传感器传输给电压比较器的电压值就变小，使得输入电压变大，增加发热元件的发热，是温度上升。如此循环，就能使温度处于一定的范围内，达到对温度的控制。五、基本电路改正参考经过查阅相关资料及小组内组员讨论，我组发现一些可以改进之处，改正参考如下：（1）电子、通信专业电子线路课程设计基本技术要求中写道，“测温电桥中的感温元
5、件 R1 为热敏电阻（负温度系数）。”应该改为，Rt 为热敏电阻。（2）如图 5-1，其作用应该是由两个电压跟随器组成的电压缓冲器。所以，上面的那个运算放大器的同相与反相弄反了。应该为，图 5-1 基本电路中第二部分的截图 图 5-2 改正基本电路第二部分（3）如图 4-1，可以把 E 点后连着的 1K 的电阻阻值稍微上调点，这样限流的作用更显著。（4）如图 4-1，可以在三极管的发射极与地之间接一个阻值为 1K的电阻，以限制发射极的电流，防止电压过高，把续流二极管击穿，损坏电路。六、电路分析及参数的计算（一）以热敏电阻为核心的传感器电路图 6-1 电桥测量电路如图 6-1 所示是以热敏电阻为
6、核心的传感器电路，由不同阻值的电阻和热敏电阻 Rt 组成的。当热敏电阻感受到温度的的变化，其阻值也随着温度发生相应的变化，从而导致电压降 UAB 发生相应变化。 而且可以通过改变 R324 相关资料LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。该四放大器可以工作在低到 3.0 伏或者高到 32 伏的电源下，静态电流为 MC1741 的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。图 6-7 运算放大器结构图
7、图 6-8 LM324 内部结构每一组运算放大器可用图 6-7 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、 “-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号 浅析电子线路课程设计实验报告_邵薏婷(2)导读：时 Rt 两端的电压值减小为 1.593V。当温度下降到 T1 时，热敏电阻因温度下降而电阻值再次升高，影响桥式电路的输出电压，使得继电器动合触点闭合，灯泡被再次点亮，开始加热，即图中灯泡再次显示为黄色，此时热敏电阻的端电压变大为3.257V，如下图 6-15 所示。图 6-15 温度下降到 T1 时的仿真状态这样，整个电路如此循环，就输入端中，V
8、i-（- ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+ ）为同相输入端2.仪表放大器相关资料仪表放大器电路以其高输入阻抗、高共模抑制比、 低漂移等特点在传感器输出的小信号放大领域得到了广泛的应用。在阐述仪表放大器电路结构、 原理的基础上 ,基于不同电子元器件设计了四种仪表放大器电路实现方案。通过仿真 与实际电路性能指标的测试、分析、比较 ,总结出各种电路方案的特点 ,为电路设计初学者提供一定的参考借鉴。仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下，仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值109 。其输入偏置电流也应很低，
9、典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样，其输出阻抗很低，在低频段通常仅有几毫欧（m）。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是，仪表放大器使用一个内部反馈电阻 X 络，它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号，其增益既可由内部预置，也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置，该增益电阻器也与信号输入端隔离。使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示：图 6-7 标准三运放仪表放大电路（三）以滞回比较器为核心的电压控制电路图 6-8 滞回比较器 图 6-9 滞回比较器的传输特性（图中 UD 对
10、应恒温整定值， UD1、UD2 分别对应于恒温值的上、下限。）如图 6-8 为滞回比较器的电路图，图 6-9 为其传输特性，可以看出其传输特性具有线性滞回的特点。设其输出高低电平电压分别为+Uz 和（-Uz），则两个门限电压 UD1，UD2 分别为：UT1=Vcc*R12/（R12+R14）+（-Uz）*R14/（R12+R14） （6-7 ） UT2=Vcc*R12/（R12+R14 ）+Uz*R14/（R12+R14） （6-8 ） UT2 与 UT1 的差值称为滞后电平，其值为：UT2-UT1=R14（Uz-（-Uz ）/（R12+R14） （6-9 ） 其中（-Uz）=-UDZ，Uz=
11、UDZ，R11=R12=10K，R13=2K，R14=200K。由此可见，滞后电平可以用 R12 和 R14 来调节，选择合适的值，则可以消除干扰。 电路工作时，当被控温度升高时，R1 值减小，测温桥输出电压 UAB 减小。经测量放大器两极放大后，使 UC 增大，当 UCUD 时，比较器输出电压 UEUZ，晶体管截止，继电器触电断后，灯泡不亮，停止加温。当温度下降到使 UCUD2时 UEUZ ，晶体管饱和导通，灯泡亮又自动加热。如此实现恒温控制。控制精度与滞回比较器的年回差（UD1UD2 ）有关。调整 R.第四版.北京：高等教育出版社，2006.2 阎石.数字电子技术基础M.第五版.北京：高等教育出版社，2005.3 邱关源，罗先觉.电路M. 第 5 版.北京：高等教育出版社，2006.4 黄继昌.传感器工作原理及应用实例M.北京：人民邮电出版社，1998.5黄贤武 郑筱霞 传感器原理与应用 电子科技大学出版社，高等教育出版社6 百度文库 NTC_负温度系数热敏电阻工作原理 人民邮电出版社11 许泳龙.单片机原理与应用M. 北京：机械工业出版社，2005.
