東莞理工學院 模電課程設計溫度監(jiān)測及控制電路

1、溫度監(jiān)測及控制電路 一、實驗目的 1、 學習由雙臂電橋和差動輸入集成運放組成的橋式放大電路。 2、掌握滯回比較器的性能和調試方法。3、 學會系統(tǒng)測量和調試。 二、實驗原理1、 實驗電路如圖211所示， 它是由負溫度系數(shù)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(jīng)測量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“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。圖211溫度監(jiān)測及控制實驗電路(1)、測溫電橋由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

2、與溫度成線性變化關系且具有負溫度系數(shù)，而溫度系數(shù)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(shù)的目的，設置了穩(wěn)壓管d2。rw1可決定測溫電橋的平衡。（2）、差動放大電路由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r4r5，（r7+rw2）=r6時rw3用于差動放大器調零?？梢姴顒臃糯箅娐返妮敵鲭妷簎01僅取決于二個輸入電壓之差和外部電阻的比值。（3）、滯回比較器差動放大器的輸出電壓u01輸入由a2組成的滯回比較器。滯回比較器的單元電路如圖212所示，設比較器輸出高電平為u0h，輸出低電平為uol，參考電壓ur加在反相輸入端。當輸出為高電

3、平u0h時，運放同相輸入端電位當ui減小到使u+hur，即此后，ui稍有減小，輸出就從高電平跳變?yōu)榈碗娖健?圖212同相滯回比較器當輸出為低電平u0l時，運放同相輸入端電位當ui增大到使u+l=ur，即此后，ui稍有增加，輸出又從低電平跳變?yōu)楦唠娖健?圖213電壓傳輸特性因此utl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213為滯回比較器的電壓傳輸特性。由上述分析可見差動放器輸出電壓u01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

4、相輸入端的電壓時，a2輸出正飽和電壓，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端電壓時，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。三、實驗設備1、 12v直流電源2、 函數(shù)信號發(fā)生器3、 雙蹤示波器4、 熱敏電阻（ntc）5、 運算放大器a7412、晶體三極管3dg12、穩(wěn)壓管2cw231、發(fā)光管led四、實驗內(nèi)容按圖212，連接實驗電路，各級之間暫不連通，形成各級單元電路，以便各單元分別進行調試。1、 差動放大器差動放大電路

5、如圖214所示。它可實現(xiàn)差動比例運算。圖214差動放大電路1）、運放調零。將a、b兩端對地短路，調節(jié)rw3使uo0。2）、去掉a、b端對地短路線。從a、b端分別加入不同的二個直流電平。當電路中r7+rw2=r6，r4r5時，其輸出電壓在測試時，要注意加入的輸入電壓不能太大，以免放大器輸出進入飽和區(qū)。3）、將b點對地短路，把頻率為100hz、有效值為10mv的正弦波加入a點。用示波器觀察輸出波形。在輸出波形不失真的情況下，用交流毫伏表測出ui和u0的電壓。算得此差動放大電路的電壓放大倍數(shù)a。2、 滯回比較器3、 滯回比較器電路如圖216所示。1）、直流法測試比較器的上下門限電平首先確定參考電平u

6、r值。調rw4，使ur2v。然后將可變的直流電壓ui加入比較器的輸入端。比較器的輸出電壓u0送入示波器y輸入端（將示波器的“輸入耦合方式開關”置于“dc”，x軸“掃描觸發(fā)方式開關”置于“自動”）。改變直流輸入電壓ui的大小，從示波器屏幕上觀察到當u0跳變時所對應的ui值，即為上、下門限電平。2）、交流法測試電壓傳輸特性曲線將頻率為100hz，幅度3v的正弦信號加入比較器輸入端，同時送入示波器的x軸輸入端，作為x軸掃描信號。比較器的輸出信號送入示波器的y軸輸入端。微調正弦信號的大小，可從示波器顯示屏上到完整的電壓傳輸特性曲線。 圖215溫度電壓關系曲線 圖216滯回比較器電路從示波器顯示屏上到完

7、整的電壓傳輸特性曲線，如下圖所示：4、 溫度檢測控制電路整機工作狀況1）、按圖211連接各級電路。（注意：可調元件rw1、rw2、rw3不能隨意變動。如有變動，必須重新進行前面內(nèi)容。）2）、根據(jù)所需檢測報警或控制的溫度t，從測溫放大器溫度電壓關系曲線中確定對應的u01值。3）、調節(jié)rw4使參考電壓ruru014）、用加熱器升溫，觀察溫升情況，直至報警電路動作報警（在實驗電路中當led發(fā)光時作為報警），記下動作時對應的溫度值t1和u011的值。5）、 用自然降溫法使熱敏電阻降溫，記下電路解除時所對應的溫度值t2和u012的值。6）改變控制溫度t，重做2）、3）、4）、5）、內(nèi)容。把測試結果記入表

8、212。根據(jù)t1和t2值，可得到檢測靈敏度t0=(t2-t1)注：實驗中的加熱裝置可用一個100/2w的電阻rt模擬，將此電阻靠近rt即可。五、 測量數(shù)據(jù)1、 差動放大器uiu0電壓放大倍數(shù)a。23.2mv2.20v94.832、 滯回比較器改變直流輸入電壓ui的大小，從示波器屏幕上觀察到當u0跳變時所對應的ui值，即為上、下門限電平上門限電平u021.20v3.80v下門限電平ui21.60v6.00v六、 實驗總結總結：模電的主要基礎知識是放大器，而本實驗便于其具有密切關系。所以，通過本實驗可以明顯深刻地理解模電知識。此外，本實驗的接線和調試較為復雜，有利于我的強化動手能力和分析故障的能力。思考題：1、 如果放大器不進行調零，將會引起什么結果？答：如果放大器不進行調零，隨著電壓和溫度等環(huán)境的變化，會產(chǎn)生零點漂移。從而使運放工作不穩(wěn)定,輸出