模電溫度上下限報(bào)警器

1、. 蘇州科技大學(xué)電子與信息工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)名稱 溫度上下限報(bào)警電路 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 班 級(jí) 同組姓名 指導(dǎo)教師 2011 年 12 月蘇州科技大學(xué)電子與信息工程學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告1 設(shè)計(jì)課題：溫度上下限報(bào)警電路2 課程設(shè)計(jì)目的：（1）鞏固所學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)；（2）實(shí)踐所掌握的電子制作技能；（3）會(huì)運(yùn)用EDA工具對(duì)所作出的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真測(cè)試,進(jìn)一步完善理論設(shè)計(jì)（4）通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料,熟悉常用電子器件的類型和特性,并掌握合理選用元器件的原則（5）掌握模擬電路的安裝測(cè)量與調(diào)試的基本技能,熟悉電子儀器的正確使用方法,能力分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的正常或不正?，F(xiàn)象(或數(shù)據(jù)

2、)獨(dú)立解決調(diào)試中所發(fā)生的問(wèn)題（6）學(xué)會(huì)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（7）培養(yǎng)實(shí)事求是,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和嚴(yán)肅的工作作風(fēng).（8）完成一個(gè)實(shí)際的電子產(chǎn)品；進(jìn)一步提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力3系統(tǒng)知識(shí)介紹（1）運(yùn)算放大器（Operational Amplifier,簡(jiǎn)稱OP、OPA、OPAMP）是一種直流耦合差模（差動(dòng)模式）輸入、通常為單端輸出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓放大器，因?yàn)閯傞_(kāi)始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中3系統(tǒng)知識(shí)介紹 ，因而得名。一個(gè)理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無(wú)限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無(wú)限大的開(kāi)回路增益、無(wú)限

3、大的共模排斥比的部分、無(wú)限大的頻寬。最基本的運(yùn)算放大器如圖。一個(gè)運(yùn)算放大器模組一般包括一個(gè)正輸入端Vp、一個(gè)負(fù)輸入端Vn和一個(gè)輸出端Vo。VoAvo(VpVn) （2）晶體三極管晶體三極管(Semiconductor Transistor) 利用特殊工藝將兩個(gè) PN 結(jié)結(jié)合在一起就構(gòu)成了雙極型三極管。 1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：e 區(qū)摻雜濃度最高，b 區(qū)薄，摻雜濃度最底；c 區(qū)面積最大。 分類： 構(gòu)成材料：硅管、鍺管 結(jié) 構(gòu)：PNP、NPN 使用頻率：低頻管、高頻管 功 率：小功率管、中功率管、大功率管 2.電流放大原理 （1）放大條件 內(nèi)部條件：e 區(qū)摻雜濃度最高，b 區(qū)薄，摻雜濃度最底；c

4、 區(qū)面積最大。 外部條件：發(fā)射結(jié)（e 結(jié)）加正向偏置電壓，集電結(jié)（c 結(jié)）加反向偏置電壓。 電位條件：NPN 型：VcVbVe ；PNP 型： VcVbVe 電壓數(shù)值：UBE ：硅 0.5-0.8V, 鍺 0.1-0.3V UCB：幾伏十幾伏 UCE：UCEUCB UBE 幾伏+ 幾伏 （2）三極管內(nèi)部（NPN 型為例） 1) 發(fā)射區(qū)不斷向基區(qū)注入多子（電子） ，形成發(fā)射極電流 IE。 2)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的基區(qū)多子（空穴）因數(shù)量小被忽略。這樣，到達(dá)基區(qū)的電子多數(shù)向 BC 結(jié)方向擴(kuò)散形成 ICN。少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IBN ?；鶇^(qū)空穴來(lái)源主要來(lái)自基極電源提供(IB)和集電區(qū)少子漂移(ICBO)。

5、即 IBN » IB + ICBO，IB = IBN ICBO 3)集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的載流子形成集電極電流 IC，I C = ICN + ICBO 。 （4）三極管各極電流之間的分配關(guān)系 IB = I BN - ICBO，IC= I CN + ICBO 當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定 4電路方案與系統(tǒng)、參數(shù)設(shè)計(jì)；（1）電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)：溫度上下報(bào)警器是用變阻器來(lái)模擬溫度的變化。當(dāng)溫度達(dá)到一定溫度上限時(shí)要求紅燈亮，要設(shè)定一個(gè)溫度的上限值，當(dāng)溫度達(dá)到下限時(shí)綠燈亮，要設(shè)定一個(gè)下限值。并且輸出的信號(hào)要求穩(wěn)定，用反向遲滯比較器。用一個(gè)變阻器設(shè)定溫

6、度的上下限接在運(yùn)放的同相端，一個(gè)變阻器模擬溫度變化，接在運(yùn)放的反相端。通過(guò)反相遲滯比較器輸出的信號(hào)為正負(fù)一定值，然后接接發(fā)光二級(jí)管。要用NPN和PNP兩種三極管對(duì)反相遲滯比較器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，再分別接上紅綠發(fā)光二級(jí)管。該系統(tǒng)需3個(gè)部分組成，第一部分是輸入信號(hào)，由兩個(gè)變阻器組成。用一個(gè)控制溫度變化，另一個(gè)控制報(bào)警上下限,來(lái)產(chǎn)生一個(gè)輸入信號(hào)；第二部分是LM358運(yùn)放組成的反向遲滯比較器，放大并穩(wěn)定輸入信號(hào)；第三部分是兩個(gè)三極管放連接發(fā)光二極管，根據(jù)第二部分輸出的信號(hào)正負(fù)分別使兩個(gè)發(fā)光二極管在模擬的上下線溫度時(shí)發(fā)光。正信號(hào)流入時(shí)，npn三極管導(dǎo)通，紅燈亮；負(fù)信號(hào)流入時(shí)，pnp三極管導(dǎo)通，綠燈亮。

7、（2）電路功能框圖：1.溫度上下限控制電路：用一可變電阻R11模擬溫度變化，另一可變電阻R12設(shè)置報(bào)警上下限Vt+，Vt-。2.放大電路：放大并穩(wěn)定輸入信號(hào)電路，由運(yùn)放組成的反相遲滯比較電路。遲滯比較器是一個(gè)具有遲滯回環(huán)特性的比較器。為了獲得如下右圖的傳輸特性，在反相輸入單門線電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限的反相輸入遲滯比較器。由于正反饋?zhàn)饔?，這種比較器的門線電壓是隨輸出電壓Vo的變化而改變的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提升。3.輸出電路：輸出正負(fù)信號(hào)通過(guò)兩個(gè)不同三極管放大信號(hào)使兩個(gè)發(fā)光二極管顯示。當(dāng)變阻器從左往右滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變大，模擬的是溫度變小，pnp管

8、接收到負(fù)信號(hào)時(shí)導(dǎo)通綠燈亮；當(dāng)變阻器從右往左滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變小，模擬的是溫度變大，這時(shí)npn管導(dǎo)通紅燈亮。（3）元器件與參數(shù)設(shè)計(jì)： 1.發(fā)射極2.基極3.集電極 Lm358引腳圖 9015（ 9014）LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器， 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 特性(Features)： 內(nèi)部頻率補(bǔ)償

9、。 直流電壓增益高(約100dB)。 單位增益頻帶寬(約1MHz) 。 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(±1.5一±15V) 。 低功耗電流，適合于電池供電。 低輸入偏流。 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) 。 參數(shù)：輸入偏置電流45 nA輸入失調(diào)電流50 nA 輸入失調(diào)電壓2.9mV輸入共模電壓最大值VCC1.5 V9015是一種常用的普通三極管。它是一種小電壓,小電流,小信號(hào)的PNP型硅三極管特性：· 集電極電流Ic：Max -100mA· 集電極-基極電壓Vcbo：-50V· 工作溫度：-55 to +150· 和9014（NPN）相對(duì)（4）電路圖與器材清單表 LM358一個(gè)，紅色、綠色發(fā)光二極管各一個(gè)，10K、1K變阻器各一個(gè)，1K（1個(gè)）、2.2K（2個(gè)）、4,7K（1個(gè)）、22K（2個(gè)）、220K（1個(gè)）、100歐（1個(gè)）、470歐電阻（2個(gè)）（5）電路仿真：5設(shè)計(jì)總結(jié)（1）根據(jù)這學(xué)期所學(xué)的知識(shí)能夠成功的設(shè)計(jì)出溫度上下限報(bào)警器（2）主要運(yùn)用到了運(yùn)算放大器組成的比較器起到放大和穩(wěn)定信號(hào)的效果，三極管再對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大