模電課程設計論文

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 模擬電子技術(shù)基礎 課程設計（論文）題目：電子溫度控制器院（系）： 技術(shù)學院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：課程設計（論文）任務及評語院（系）：工 教研室：電子學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計題目電子溫度控制器課程設計（論文）任務設計任務：1. 現(xiàn)設計并制作能高精度電子溫度控制器。2. 設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。3. 工作溫度范圍：25C+85C4. 精度設計要求：1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種

2、方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要電子式溫度控制器（電阻式）是采用電阻感溫的方法來測量的，一般采用白金絲、銅絲、鎢絲以及半導體（熱敏電阻等）為測溫電阻，這些電阻各有其優(yōu)確點。家用空調(diào)

3、的傳感器大都是以熱敏電阻式。電子溫度控制電路廣泛應用于社會生活的各個領域，如家電、汽車、材料、電力電子等，一些工業(yè)上的自動化設備需要將溫度控制在一定范圍內(nèi)，才能保證所制造的產(chǎn)品的質(zhì)量。電子溫度控制系統(tǒng)一般由溫度測量部分、溫度控制部分和直流穩(wěn)壓電源部分組成。溫度測量部分主要用來接收當前系統(tǒng)中的溫度，然后通過差動放大電路將熱敏電阻的電壓信號發(fā)送到溫度控制部分。溫度控制系統(tǒng)主要是用來控制外部調(diào)溫系統(tǒng)的，它接收來自溫度測量部分的信號，然后與所要控制的溫度信號進行比較，從而決定是否加熱升溫或冷卻降溫；直流穩(wěn)壓電源部分主要是用來給電子溫度控制器供電，一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路構(gòu)成，溫度

4、控制我們通過控制繼電器來控制加熱絲加熱或風扇散熱。關(guān)鍵詞：溫度；放大；電源；繼電器。目 錄第1章 電子溫度控制器的方案設計論證11.1 電子溫度控制器的應用意義11.2 電子溫度控制器的設計要求及設計參數(shù)11.2.1 設計要求11.2.2 設計參數(shù)11.3 設計方案的論證21.3.1 方案一21.3.2 方案二21.4 總體設計方案框圖及分析3第2章 電子溫度控制器的單元電路設計42.1 溫度監(jiān)測及控制電路的42.1.1 測溫電橋的設計42.1.2 差動放大電路的設計52.1.3 多級調(diào)溫電路92.1.4 滯回比較器的設計102.1.5 三極管及外圍控制電路的設計112.2 ±12V

5、直流穩(wěn)壓電源的設計12第3章 電子溫度控制器的整體電路設計163.1 整體電路圖及原理圖163.2 電路參數(shù)計算173.3 整機電路性能仿真驗證18第4章 課程設計總結(jié)19參考文獻20附錄器件清單21第1章 電子溫度控制器的方案設計論證1.1 電子溫度控制器的應用意義現(xiàn)代的家用溫度控制器例如電冰箱、雞舍溫度控制器都是機械式的，這種溫度控制器較易損壞，且損壞后很難修復，也很難配到相同規(guī)格型號的控制器，加之某些生產(chǎn)廠家對質(zhì)量的不保證，導致許多控制器出廠就損壞的現(xiàn)象。因此我們提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，而且中心溫度、溫度偏差可誰機方便調(diào)節(jié)設定的電子溫度控制器方案，他不僅適用于作電冰箱的溫度控制器。而

6、且適用于各種制冷制熱電器設備的溫度控制器1.2 電子溫度控制器的設計要求及設計參數(shù)1.2.1 設計要求1 .分析設計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設計各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設計。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。1.2.2 技術(shù)參數(shù)1.現(xiàn)設計并制作能高

7、精度電子溫度控制器。2.設計電路所需的直流穩(wěn)壓電源。3.工作溫度范圍：25+85。4.精度±1。1.3 設計方案的論證電子溫度控制器主要是通過溫度傳感器將溫度信號變成電壓信號，再通過控制電路進行加熱或降溫。根據(jù)實驗任務要求，對控制電路部分可以采用多種方案：如模擬電路控制或單片機控制等多種方案。1.3.1 方案一通過熱敏電阻或者鉑金電阻將溫度信號進行采集，然后將溫度的電壓信號進行差動放大和滯回比較，再經(jīng)過多個滯回比較器進行比較，其次再利用放大的信號控制三極管的導通與截止，最后通過三極管的導通與截止控制繼電器或者外圍加熱或降溫措施。如圖1.3.1所示。優(yōu)點：可以全自動控制，不需要撥擋換位

8、。缺點：需要大量的集成模塊，電路復雜，生產(chǎn)成本高。圖1.3.1 電子溫度控制器方案一1.3.2 方案二該方案也是通過熱敏電阻或者鉑金電阻將溫度信號進行采集，然后將溫度的電壓信號進行差動放大，再經(jīng)過滯回比較器進行比較，其次再利用滯回比較器產(chǎn)生的信號控制三極管的導通與截止，最后通過三極管的導通與截止控制繼電器或者外圍加熱或降溫措施。而比較的參考電壓是通過多檔位電阻分壓。如圖所示。優(yōu)點：相對于方案一，制造成本低，電路相對簡單，利于廣泛應用。因此采用方案二。圖1.3.2 電子溫度控制器方案二1.4 總體設計方案框圖及分析電子溫度控制器是由負溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻為一臂組成的測溫電橋的，其輸出經(jīng)測量

9、放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號，經(jīng)三極管放大后控制加熱器的“加熱”與“停止”。改變滯回比較器的比較電壓，即改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回的滯回寬度確定。而滯回比較電壓是通過多個電阻檔位進行分壓產(chǎn)生參考的電壓信號。總體方案框圖如圖1.4所示。圖1.4 總體方案設計框圖第2章 電子溫度控制器的單元電路設計2.1 溫度監(jiān)測及控制電路2.1.1 測溫電橋的設計圖2.1.1 測溫電橋電路如圖2.1.1所示，由R1、R2、R3、RW1及Rt組成測溫電橋，其中Rt是溫度傳感器。其呈現(xiàn)出的阻值與溫度呈線性變化關(guān)系且具有負溫度系數(shù)，而溫度又與流過它的工作電流有關(guān)。為了穩(wěn)定R

10、t的工作電流，以達到穩(wěn)定其溫度系數(shù)的目的，電路中設置了穩(wěn)壓管DZ。RW1可決定測溫電橋的平衡。熱敏電阻Rt采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)。負溫度系數(shù)的熱敏電阻又分為普通型、穩(wěn)壓用、溫度檢測用、溫度控制用等多類，根據(jù)設計要求需要檢測溫度，因此采用溫度檢測型NTC熱敏電阻。又根據(jù)溫度檢測范圍需要在25-85，所以采用MF58熱敏電阻。MF58熱敏電阻的阻值隨溫度變化如表2.1.1（2）所示。溫度/25303540455055606570758085電阻/K1.000.830.690.570.480.410.340.290.250.220.190.160.11（2） MF58熱敏電阻阻值隨溫度變

11、化表2.1.2 差動放大電路的設計圖2.1.2 差動放大電路差動放大電路如圖2.1.2所示。由A1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。其輸出電壓當，時其中RW3用于差動放大器調(diào)零。差動放大電路的輸出電壓僅取決于2個輸入電壓之差和外部電阻的比值。所示圖2.1.2(1) 溫度與電壓Uo的關(guān)系圖2.1.2（2）溫度與電壓Uab的關(guān)系圖2.1.2（3） UA與UB的關(guān)系2.1.3多級調(diào)溫電路圖 多級調(diào)溫電路調(diào)溫電路是通過改變與差動放大電路放大的溫度電壓信號相比較的電壓信號，從而改變滯回電路輸入的差模信號。如圖所示，該電路主要是通過電阻進行分壓調(diào)節(jié)。為了可以進行多檔位調(diào)節(jié)，我們

12、選擇了撥碼開關(guān)S1，S2，S3，S4當作開關(guān)來使用，進行電阻變換。即從左向右依次對應2530, 3035,3540, 4045, 4550, 5055, 5560, 6065, 6570, 7075, 7580，8085,共12個檔位。調(diào)節(jié)電位器RW4即可在該檔位內(nèi)進行調(diào)節(jié)。214滯回比較器的設計圖2.1.4 滯回比較器電路差動放大器的輸出電壓UO1輸入由A2組成的滯回比較器。設比較器輸出高電平為，輸出低電平為，參考電壓UR加在反相輸入端。當輸出為高電平時，運算放大器同相輸入端電位當減小到使時，即此后，只要稍有減小，輸出就從高電平跳變?yōu)榈碗娖健．斴敵鰹榈碗娖綍r，運算放大器同相輸入端電位當增大到

13、使時，即此后，只要稍有增加，輸出就從低電平跳變?yōu)楦唠娖健Ｒ虼?，和為輸出電平跳變時對應的輸入電平，常稱為下門限電平，為上門限電平，而兩者的差值為。稱為門限寬度，其大小可通過調(diào)節(jié)的比值來調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)RW4可改變參考電平，也同時調(diào)節(jié)了上下門限電平，從而達到設定溫度的目的。215三極管及外圍控制電路的設計 圖2.1.5 三極管及外圍控制電路的設計電路差動放大器輸出電壓UO1經(jīng)分壓后A2組成的滯回比較器，與反相輸入端的參考電壓UR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輸出正飽和電壓，三極管Q1飽和導通，三極管Q2反相截止；當同相輸入端的電壓信號小于反相輸入端的電壓時，A2輸出負飽和電壓

14、，三極管Q2飽和導通，三極管Q1反相截止。通過發(fā)光二極管LED1和LED2的發(fā)光情況，可見負載的工作狀態(tài)為加熱或制冷。當同相輸入信號等于或接近于反相輸入端電壓時，三極管Q1和Q2都截止，LED1和LED2都熄滅，負載的工作狀態(tài)為停止。2.2 ±12V直流穩(wěn)壓電源的設計 直流穩(wěn)壓電源電路是由電源變壓器、整流橋、濾波電路和三端穩(wěn)壓器等組成的。該電路具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。電源變壓器是將電網(wǎng)220V的交流電壓變?yōu)樗璧碾妷褐邓腿胝麟娐?；整流電路是將交流電壓變成脈動的直流電壓；濾波電路是把脈動的直流電壓的文波加以濾掉，得到平滑的直流電壓；三端穩(wěn)壓器的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變

15、化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。圖2.2 ±12V直流穩(wěn)壓電源電路圖2.2.2 輸出電壓UO波形2.2.2實物圖圖中元件選擇：T為次級雙路12V變壓器，它將交流電從220V下降到幾伏或幾十伏。整流二極管D1、D2、D3、D4采用IN4007，C1濾波電容選取大小470F的電解電容，C4為緩沖負載突變，選取大小為470F的電解電容，C2的作用為消除三端穩(wěn)壓器可能發(fā)生的自激，應選無極性的金屬膜或滌綸電容。對于三端固定式集成穩(wěn)壓器VT1、VT2選用2N5551，2N2222A，可得到±12V的直流電壓，這樣就得到了（12V,1A）、（12V,1A）兩組電源。第3章 電子溫度控制器的整

16、體電路設計3.1 整體電路圖及原理圖3.2 電路參數(shù)計算測溫電橋部分，當Rt滑到最上端，即熱敏電阻在室溫環(huán)境時，差模電壓最小值當Rt滑到最下端，即熱敏電阻在高溫環(huán)境時，差模電壓最大值集成運算放大器的電源電壓為±12V，所以差動放大電路放大的電壓應該在-12V到+12V之間。假設放大的最大電壓為12V，則最大放大倍數(shù)因此我們選擇放大倍數(shù)為100倍，即因此我們選擇100k電位器，910k和10k電阻。對于多級調(diào)溫電路電阻阻值的計算，可以先設同一檔位的電阻分別為xk,yk，中間電位器RW4的電阻選擇為1k時，則可以得到下面的方程：通過該方程組就可以得到多級調(diào)溫電阻阻值，具體阻值如表3.2所

17、示。表3.2 多級調(diào)溫電阻阻值位置RkRlRmRnRoRpRqRrRsRuRv阻值/K54.324.533.322.742.151.31.872.491.431位置RaRbRcRdReRfRgRhRiRj阻值/K0.8661.372.52.743.013.94.327.154.6443.3 整機電路性能仿真驗證假設需要控制溫度在53，則需要將撥碼開關(guān)從左向右第6個開關(guān)閉合，電路就接入了電阻Re和Rp，調(diào)節(jié)RW4使溫度控制在53左右。調(diào)節(jié)電位器Rt使它在1K，即熱敏電阻在溫度為25的環(huán)境中，用電壓表測量電壓Uo1，得到電壓如圖3.3(a)所示，并且LED1亮, LED2滅；調(diào)節(jié)電位器Rt使它在0

18、.25K，即熱敏電阻在溫度為65的環(huán)境中，用電壓表測量電壓Uo1，得到電壓如圖3.3(b)所示，并且LED1滅,LED2亮。圖3.3(a) 25環(huán)境電路電壓UO1圖3.3(b) 65環(huán)境電路電壓UO1第4章 課程設計總結(jié)通過本次數(shù)字電路的課程設計，使我掌握了一些芯片的使用方法，元件連線，電路焊接，如何使用Multisim軟件等。課程設計能幫助我們掌握除了課本的理論知識外，更能幫助我們提高自己的動手實踐能力，我們的學習定位于技術(shù)型本科，所以我們也應該加強我們的實際應用能力。對于模擬電子這門課程，平時上理論課可能會比較抽象，難以理解。所以課程設計通過實踐讓我們有了更深一步的理解。在這兩個星期中，我

19、為能夠準時完成任務而感到高興。雖然過程中付出了相當?shù)呐?，找資料，做仿真，寫報告，動手實踐，甚至把手都燙糊了。但是看到自己的成果，我無比欣慰。這時值得的?；仡櫿麄€過程，實在是受益匪淺。參考文獻1 康華光編著 模擬電子技術(shù)基礎 高等教育出版社 2006.12 周惠潮編著 常用電子元件及典型應用 電子工業(yè)出版社 20053 紐曼編著 電子電路設計與分析:模擬電子技術(shù) 清華大學出版社 2009.14 陳立萬等編著 模擬電子技術(shù)基礎及課程設計 西南交通大學出版社 2008.25 胡圣堯等編著 模擬電路應用設計 科學出版社 2009.86 稻葉保編著 模擬技術(shù)應用技巧101例 科學出版社 2006.17 王連英編著 基于Multisim8的電子仿真與實驗設計北京郵電大學出版社2009.88 聶典等編著Multisim8原理仿真與PowerPCB 5.0.1印制電路板設計 電子工業(yè)出版社 2009附錄器件清單1：元件序號元件名稱器件名稱型號/標稱值備注1Rt熱敏電阻MF581k2R1電阻100K1/8W3R2電阻20K1/8W4R3電阻2201/8W5R4, R5, R8電阻