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1、武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书11.总体电路方案设计与选择1.1 温度检测显示器设计要求（1）检测区间为四段：A. 温度 C02B. 温度 3C.温度 04D. 温度 C要求对每段作出段位显示（2）测量误差 C02（3）标准检测点为： C00039 2 19 1.2 系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为温度检测显示部分和电源部分，其中温度检测显示部分包括温度探头，放大模块和显示模块。1.3 各方案选择和论证方案一：铂电阻测温是利用其电阻和温度成一定函数关系而制成的温度传感器,由于其测量准确度高、测量范围大、复现性和稳定性好等,被广泛用于中温范围的温度测量中。但在这种检测电路中,不平
2、衡电桥中以及铂电阻的阻值和温度之间的非线性特性给最后的温度测量来了一定的误差，不但增加了电路的复杂性, 而且由于包括传感器在内的各种硬件本身的缺陷和弱点, 所以往往难以达到较高的指标要求。方案二：武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书2图 1 热电偶测温电路热电偶测温的基本原理是热电效应，将两种不同成份的金属导体首尾相连接成闭合回路，如两接点的温度不等，则在回路中就会产生热电动势。它具有结构简单，价格便宜，耐用，测温范围广等特点。但体积大，灵敏度低方案三：图 2 PN 结测温电路PN 结温度传感器是利用晶体二极管或三极管的 P-N 结电压随温度的变化而变化。例如硅管的 PN 结的电压温度每升高
3、摄氏一度时，电压约下降 1mV。这种传感器有较好的线性度，灵敏度高，热时间常数约 0.2s2s，其测温范围为-50C150C。可用于一些高要求的温度检测。综上所述，采用方案三设计测温电路。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书32 硬件电路设计2.1 温度探头PN 结温敏二极管是一种新型感温元件。它与传统的测温元件相比，具有线性好，灵度高，响应快，稳定性好，不需要冷端补偿，使用方便等特点。PN 结正向的温度特性的表达式为：=0+(+)-式中： PN 结，正向压降；PN 结，正向电流；K波尔兹曼常数；r、B常数；绝对零度时禁带宽度电压值；0q电子电荷；T绝对温度。由式可见，当 PN 结处在正向偏
4、置的情况下，保持正向电流 =常量， 可以认为是 温度 T 的单值函数，从而可由检测 得知温度 T。例如硅管的 PN 结的结电压在温度每升高 1时，下降-2mV，利用这种特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的开关二极管 1N4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极管来做 PN 结温度传感器。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书42.2 放大模块2.2.1 电路分析图 3 放大电路图中的 R2，R3，D，R9 组成测温电桥，其输出信号接差动放大器 U1C，经放大后的信号输数字式电压表显示。放大倍数约为-5 倍，则灵敏度为 10mV/。U1A 接成电压跟随器。与 R7 配合可调
5、节放大器 U1C 的增益。同时，通过 PN 结温度传感器的工作电流不能过大，以免二极管自身的温升影响测量精度，采用恒流源作为传感器的工作电流较为复杂，这里采用有较好稳压精度的恒压源供电。U1B 提供 2.5V 中点电压。2.2.2 元件选取温度探头选取 IN4148 二极管，其价格便宜，稳定性好，体积小巧，其温度特性约为每升高 1时下降-2mV，因此电路做好后需调节使输出特性为每升高 1时上升 10mV。LM324 系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。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
6、为 MC1741 的静态电流的五分之一。具有低偏置电流：最大 100nA。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。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书5图 4 LM324 引脚图R4 和 R8 需经过配对，才可以输出准确的 2.5V 中点电压。2.2.3 电路调整精确的电路调整非常重要，将 PN 结传感器插入冰水混合物中，等温度平衡，调整R9，使电压表显示为 0V，将 PN 结传感器插入沸水中（设沸水为 100） ，调整 R7，使电压表实现为 100.0mV。再将传感器插入 0环境中，等平衡后看显示是否仍为 0V，必要时再调整 R9 使之为 0V，然后再插
7、入沸水，看是为 100.0mV，经过几次反复调整即可达到较满意精度。2.3 显示模块使用通用 3 位半数字电压表模块 ICL7017 芯片作为电压转换显示模块。输出可以直接驱动数码管。同时，其基准电压从外部输入，扩大了应用范围。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书6图 5 显示电路使用 ICL7107 作为温度显示模块，具有体积小巧，外围元件少，易于调试，工作稳定等特点。2.4 稳压电源模块为保证有较好的电压稳定度，制作 5V 稳压电源。利用变压器将 220V 交流电降为 9V交流,再经过桥式整流,电容滤去电源中的高频分量，通过稳压器 7805 获得 5V 电压，再经电容滤去纹波。图 6 电
8、源电路武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书72.5 元件清单图 7 元件清单使用 Altium Designer 绘制原理图，并生成元件清单武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书83 系统测试3.1 测试仪器万用表 UT39A，温度计3.2 指标测试标准检测点 实测温度C0C01.19590208.2C3C43.3 结论本文设计了一种以 PN 结为温度探头的温度检测显示器，经过对温度的测试，基本上达到了设计制作要求。该系统有较好的线性度、灵敏度高、成本低、实用性强。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书94.收获、体会和建议这次课程设计历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多
9、不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。同时，经过课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，通过这个方案包括设计了一套电路原理和 PCB 连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了 LM324、LM7805 、ICl7017 三块集成芯片。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，特别是粗心大意的焊接错误，还有就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功
10、能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个学期末的课程设计对我们的作用是非常大的。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富
11、，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书10参考文献1 邱关源.电路(第五版).高等教育出版社，2006.5 2 赵保经.简明集成运算放大器应用手册. 科学出版社, 1989.53 吴锡龙.电路分析.高等教育出版社,20044 谢自美.电子线路综合设计. 华中科技大学出版社, 2006.65 何希才.常用电子电路应用 365 例. 电子工业出版社, 2006.9武汉理工大学模拟电子技术课程设计说明书摘要模拟电子技术课程设计是在模拟电子技术课程之后,集中安排的重要实践性教学环节。运用所学的知识,动脑又动手,结合某一专题独立地开展
12、电子电路的设计与实验,培养学生分析、解决实际电路问题的能力。在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测。采用 PN 结温度特性的温度检测显示器，使用方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度降低使用成本。关键词：温度测量、PN 结、数值显示目 录摘要 .1.总体电路方案设计与选择 .11.1 温度检测显示器设计要求 .11.2 系统基本方案 .11.3 各方案选择和论证 .12 硬件电路设计 .32.1 温度探头 .32.2 放大模块 .32.2.1 电路分析 .32.2.2 元件选取 .42.2.3 电路调整 .42.3 显示模块 .42.4 稳压电源模块 .52.5 元件清单 .63 系统测试 .73.1 测试仪器 .73.2 指标测试 .73.3 结论 .
