1、大慶石油學院課程設計課程電子技術課程設計題目NTC溫度監(jiān)測及控制電路院系電氣信息工程學院自動化系專業(yè)班級自動化07-2班學生姓名李連會學生學號 學0601140215指導教師徐建軍高金蘭2009年6月29日大慶石油學院課程設計任務書課程電子技術課程設計題目NTC溫度監(jiān)測及控制電路專業(yè) 自動化 姓名 李連會 學號 070601140215主要內容：運用雙臂電橋、差動集成運放、滯回比較器設計溫度監(jiān)測及控制電路。基本要求：(1)、檢測電路采用熱敏電阻 Rt (NTC)作為測溫元件。(2)、用100Q /2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設計溫度檢測電路和溫度控制電路。(4)、具有自動指示 加熱”與

2、 停止”功能。(5)、寫出完整的設計及實驗調試總結報告。參考資料：1孫淑燕，張青.電子技術教學實踐指導書M.北京：中國電力出版社， 2005.10.2劉潤華，劉立山.模擬電子技術M.山東:石油大學出版社,2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術實踐教程M.北京:石油工業(yè)出版社，1998.5.4汪學典.電子技術基礎實驗M.武漢:華中科技大學出版社，2006.8.5彭介華.電子技術課程設計指導J.北京:高等教育出版社,1997.完成期限2009.6.29至 2009.7.3指導教師專業(yè)負責人2009年6月27日目錄1設計要求1.2方案設計1.2.1 設計思路1.2.2 總體方案方框圖 1.2.3 基本原

3、理2.3總體方案的選擇和設計 2.3.1 PTC溫度控制電路 2.3.2 NTC溫度監(jiān)測及控制電路 34單元電路的設計3.4.1 含有熱敏電阻的橋式放大電路 31、測溫電橋3.2、差動放大電路4.4.2 滯回比較器5.4.3 輸出警報和控制電路 .6.4.4 元件參數的計算及選擇61、差分放大電路6.2、橋式測溫放大電路 7.3、滯回比較器7.5總電路圖8.6總結8.參考文獻9.附錄101設計要求運用雙臂電橋、差動集成運放、滯回比較器設計溫度監(jiān)測及控制電路。(1)、檢測電路采用熱敏電阻 Rt (NTC)作為測溫元件。(2)、用100Q /2W的電阻元件作為加熱裝置。(3)、設計溫度檢測電路和溫

4、度控制電路。(4)、具有自動指示 加熱”與 停止”功能。(5)、寫出完整的設計及實驗總結報告。2方案設計2.1設計思路根據課題要求，電路主要包括四個部分。(1)由具有負溫度系數電阻特性的熱敏電阻( NTC)為一臂組成測溫電橋的 傳感器，來測量溫度。(2)由差動放大電路，將測得的溫度信號按比例放大。(3)測溫電橋輸出經測量放大器放大后由滯回比較器輸出加熱“ 停止”信號。改變滯回比較器的比較電壓 Ur即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回 比較器的滯回寬度確定。(4)滯回比較器輸出的信號經三極管放大后控制加熱器加熱”與 停止”。2.2 總體方案方框圖圖1基本原理框圖2.3 基本原理基本原理框圖如圖

5、1所示。采用負溫度系數電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測溫電橋， 其輸出經測量放大器放大后由滯回比較器輸出 加熱”與 停止”信號，經三極管放 大后控制加熱器 加熱”與停止"。改變滯回比較器的比較電壓 Ur即改變控溫的 范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬度確定。3總體方案的選擇和設計3.1 PTC溫度控制電路* * Vdd4圖2 TC620結構圖在工作溫度范圍內，阻值隨溫度升高而增加的熱敏電阻器成為正溫度系數熱 敏電阻器，簡稱PTC元件。TC620是一種新型智能溫度控制集成電路.其內部主要由溫度傳感器（ PTC 熱敏電阻）、基準電壓源、溫度/電壓變換器、兩個帶滯回的

6、電壓比較器及鎖存器 等組成。其主要特性參數為：工作電壓范圍 4. 5V18V;最大士作電流200mA; 最大輸出電流可達1mA;輸出阻抗400Q;測溫范圍-55C+ 125C；溫度測量精 度BC。TC620的實際結構框圖如圖2所示。A1A2及Ci組成低于溫度下限報警的輸 出，Ai、A3及C2組成高于溫度上限報警的輸出。Ci的輸出經反相后與C2的輸出 一起作為RS觸發(fā)器的輸入，由CON端輸出溫度控制信號。外接兩個電阻Rsl和 Rsh,其電阻值的大小可由公式 Rsh （Rsl） =0.59972.1312X T求出（式中T為絕對 溫度）。從理論上講，恒定溫度是一個“點”。實際上，為了防止頻繁的通斷

7、信號而 損壞繼電器，恒定溫度應是一個溫度區(qū)間，這個區(qū)間的溫度差值根據所要求的包 溫精度確定，如23CO在設計電路時，可根據恒定溫度選擇溫度上限電阻 Rsh, 在以低于恒定溫度23c的溫度選擇溫度下限電阻 Rsl。這樣，當溫度高于上限 時，繼電器斷開（保溫）；當溫度低于下限時，繼電器吸合，從而實現恒溫目的。3.2 NTC溫度監(jiān)測及控制電路如圖NTC溫度監(jiān)測及控制電路是由負溫度系數電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測溫電橋， 具輸出經測量放大器放大后由滯回比較器輸出 加熱”與 停止”信號，經三極管放大后控制加熱器 加熱”與 停止"。改變滯回比 較器的比較電壓Ur即改變控溫的范

8、圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬 度確定。差動放大器輸出電壓Uoi經分壓后A2組成的滯回比較器，與反向輸入端的 參考電壓U r相比較。當同相輸入端的電壓信號大于反相輸入端的電壓時，A2輸入正飽和電壓，三極管T飽和導通。通過發(fā)光二極管 LED的發(fā)光情況，可見負 載的工作狀態(tài)為加熱。反之，為同相輸入信號小于反相輸入電壓時，A2輸出負飽 和電壓，三極管T截止，LED熄滅，負載的工作狀態(tài)為停止。調節(jié)Rw4可以改變 參考電平，也同時調節(jié)了上下門限電平，從而達到設定溫度的目的。4單元電路的設計4.1 含有熱敏電阻的橋式放大電路1、測溫電橋如圖3所示，由R、R2、R3、Rw1及Rt組成測溫電橋，其中R

9、t是溫度傳感 器。具呈現出的阻值與溫度成線性變化關系且具有負溫度系數，而溫度系數又與流過它的工作電流有關。為了穩(wěn)定Rt的工作電流，達到穩(wěn)定其溫度系數的目的， 設置了穩(wěn)壓管D2。Rw1可決定測溫電橋的平衡。100/2W圖3測溫電橋電路2、差動放大電路如圖4所示，由Al及外圍電路組成的差動放大電路，將測溫電橋輸出電壓U按比例放大。具輸出電壓）UbN ,R7RW2R4R7RW2、/R6U°l（R ）Ua（ R ）（R R當 R4=R5,（R7 + RW2）=R6 時uoi.rl1Bw2（ub-ua）（1）R4RW3用于差動放大器調零。可見差動放大電路的輸出電壓Uoi僅取決于二個輸入電壓之差

10、和外部電阻的比值。4.2 滯回比較器圖5同相滯回比器圖6電壓傳輸性差動放大器的輸出電壓Uoi輸入由A2組成的滯回比較器。滯回比較器的單元電路如圖5所示，設比較器輸出高電平為 Uoh,輸出低電 平為Uql,參考電壓Ur加在反相輸入端。當輸出為高電平Uoh時，運放同相輸入端電位U = RFUi + RUoh（2）R2 RfR2 Rf當Ui減小到使U+h = Ur,即Ui =Utl = R2 + RfUr_®Uqh（3）RfRf此后，Ui稍有減小，輸出就從高電 平跳變?yōu)榈碗娖健．斴敵鰹榈碗娖経ol時，運放同相輸入端電位R2RfRUiRfR2R2RfUql(4)當Ui增大到使U+l=Ur,即

11、(5)U =U R-U- -2UiTH-" R " OLRfRf此后，Ui稍有增加，輸出又從低電平跳變?yōu)楦唠娖健Ｒ虼薝tl和Uth為輸出電平跳變時對應的輸入電平，常稱Utl為下門限電平， Uth為上門限電平，而兩者的差值Ut=UtrUtl = ®(U°h -Uol)(6)Rf稱為門限寬度，它們的大小可通過調節(jié)R2/Rf的比值來調節(jié)。圖6為滯回比較器的電壓傳輸特性。4.3 輸出警報和控制電路利用滯回比較器輸出的電壓 UO2控制一個開關三極管使報警電路中的發(fā)光 二極管顯示不同的狀態(tài)(亮/滅)，同時控制電流繼電器 KA,進而控制加熱電路 的導通和截止。調節(jié)滯回

12、比較器的上下門限電平可控制三極管的開關時間，從而達到設定加熱溫度的目的。電路如圖 7。U02圖7輸出警報和控制電路+ UccO+ 12V100/2W4.4 元件參數的計算及選擇1、差分放大電路如圖4所示，令A、B點分別接地,B點接地：U 01=RUAA LR(OU(8)于是UoU，U；=g-鳥UR(R R6)A (9)設計要求差動放大電路可將 A、B點電壓差4U按比例放大即令（10）R(Rw2R R) _ RW2R7R(R Q).R4可得 R = Rw2 . R選取 R4=R5=10KQ , R6=1M Q , R7=910KQ ,則Rw2 = R6-R7 =90KQ2、橋式測溫放大電路將差動

13、放大電路的A、B端與測溫電橋的A'、B'端相連，構成一個橋式測溫 放大電路。選取常溫下Rt為1KQ的熱敏電阻，R=100KQ, R2=20KQ, Rs=220K Q , 選定室溫為平衡溫度，如圖3所示，即要求Ua-Ub=0oR1RRw1R2R3可得，Rw1R1R3- - R2=21.98KQ R3、滯回比較器如圖8設定參考電平Ur=2V,運算放大器A2選為pA741。其輸出最大電壓為± 13V,即比較器輸出低電平 Uol= -13V,輸出高電平212Uoh=+13VoR10RW4Ur=R kR10、zttRsUol = 2.15VR11求得，Rv4=16KQ,RSR1

14、1上門限電壓Uth= S -UrR11下門限電壓UtlRsR11 u R -0u 0H = 1.89VR11R11門限寬度Ut=UthUtl=®(Uoh Uol )= 0.26VR115總電路圖把上述各部分電路連接起來便構成了完整的 NTC溫度監(jiān)測及控制電路。其 總電路圖如附錄所示。6總結本次課程設計要求設計一種音樂彩燈控制器。 應用所學的知識及在圖書館搜 集的資料，對題目所要求的電路進行了設計。1、設計了兩種溫度控制電路進行對比，方案一是利用 PTC集成元件TC260 進行組配電路，方案二是利用 NTC熱敏電阻組配電路。方案一電路使用集成元 件相對來說比較簡單。2、在方案二的設計中

15、，用到了差分放大器、滯回比較器、測溫電橋等基本 電路。3、根據任務要求對相關參數進行了計算，并對相關元件進行了選擇。4、為了做好這次的課程設計，要充分理解電路的任務目的，先建立一個大 致的電路工作過程概念。然后再進行細節(jié)的分析，理論的驗證，最終得出一套最優(yōu)的方案。參考文獻1孫淑燕，張青.電子技術教學實踐指導書M.北京：中國電力出版社，2005.10.2劉潤華，劉立山.模擬電子技術M.山東:石油大學出版社,2003.3廖先蕓，郝軍.電子技術實踐教程M.北京:石油工業(yè)出版社，1998.5.4汪學典.電子技術基礎實驗M.武漢:華中科技大學出版社,2006.8.5彭介華.電子技術課程設計指導J.北京:高等教育出版社，1997.Dn2CW23PRa 20KQRw 110KQ100KQ 卜100 口附錄+ Ucc1 KfiRt 6V100/2WA RiRws100KHR7 910KQ10K£ R5 iokqJ1R3J22OQR61MQAi + +UnUoi 10KQ+RnRg 1 K12R w4 100KRio1 KQRs+ 12VR 12UoD2MQRL3 1 KLEDKA3DG12Rwj 100KiMfl-Ucc-12V圖9溫度監(jiān)測及控制電路大慶石油學院課程設計成績評價表課程名稱電子技術課程設計題目名稱NTC溫度監(jiān)測及控制電路學生姓名李連會學號