浅析电子线路课程设计实验报告

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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

2、中的设计错误，最终完成闭环温度控制系统设计方案。 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

3、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

4、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

5、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

6、， 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

7、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 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

8、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，Vi-（-）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

9、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，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

10、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

11、）+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=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

12、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.