電子線路課程設計簡易純凈水加熱控制電路

1、1設計背景電子線路課程設計是電氣信息工程類專業(yè)學生的重要基礎(chǔ)實踐課，也是工科類專業(yè)的必修課。理論聯(lián)系實際，提高和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，是本課程度目的。這些課程設計課從鞏固和加強模擬電子技術(shù).數(shù)字電子技術(shù)和高頻電子線路課程的理論知識出發(fā)，要求學生掌握電子線路的一般設計方法了解電子產(chǎn)品研制開發(fā)的過程，學會了撰寫課程設計總結(jié)報告，通過查閱手冊和文獻，我學會了獨立分析問題和解決問題都能力，加強了我們的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維訓練。字電子技術(shù)我們大多數(shù)人都用過飲水機，有些人可能對飲水機好很好奇，為什么飲水機會自動加熱？為什么飲水機能指示它所處的加熱狀態(tài)？.今天這個課題將來探索這些問題?，F(xiàn)今越來越先進的飲水機已經(jīng)

2、進入我們的生活，無論多么先進，但其原理是相通的。在眾多品牌、型號飲水機產(chǎn)品中，歸納起來不外乎是溫熱、冰熱、冰溫熱三種類型，冰熱機又分半導體制冷飲水機和壓縮機式制冷飲水機兩種。決定買什么類型的飲水機，主要從飲水人數(shù)和制冷速度來考慮。就制冷速度而言，在制冷時間相同情況下，壓縮機式制冷飲水同要比半導體制冷飲水機快得多，冰水供應量也比后者多。因此，壓縮機式制冷飲水機適合飲水人數(shù)較多的場合，例如集團公司、事業(yè)單位、會議室、寫字樓、辦公室、酒吧、卡拉ok廳等。而人數(shù)不多的單位、賓館客房和一般家庭等，選購半導體制冷飲水機就足夠了。2電路組成及工作原理2.1 簡易純凈水加熱控制系統(tǒng)框圖控制電路由溫度傳感器將溫

3、度轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸給比較器進行比較，然后將比較結(jié)果給控制系統(tǒng)進行溫度調(diào)控圖2.1簡易純凈水加熱控制系統(tǒng)框圖 2.2 電路主要組成部件一、 溫度傳感器ad590ad590是美國analo g dev ices 公司的單片集成兩端感溫電流源。 其主要特性如下： (1) 流過器件的電流(a) 等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度(開爾文) 度數(shù)： ir/t=1 (1) 式中，ir流過器件(ad590) 的電流，單位為a；t熱力學溫度，單位為k； (2) ad590的測溫范圍為- 55+150； (3) ad590的電源電壓范圍為430 v，可以承受44 v正向電壓和20 v反向電壓，因而器件即使反接也不會

4、被損壞； (4) 輸出電阻為710 m； (5) 精度高，ad590在- 55+150范圍內(nèi)，非線性誤差僅為0.3。圖2.2.1 ad590原理圖二、 mk3p繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流.較低的電壓去控制較大電流.較高的電壓的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。mk3p繼電器參數(shù)：尺寸 size(mm) 34.7*34.7*502.觸點分布形式 terminal layout 3z/3c3.觸點容量 contact capacity ac 10a 2

5、20vdc 10a 28v4.接觸電阻 contact resistance(m) 小于等于50m5.絕緣電阻 insulation resistance(m) 大于等于500m6.抗電強度 dielectric strength boc 1000vacbcc 1500vac7.線圈額定電壓 coil nominal voltage ac 6 to 220vdc 6 to 110v8.線圈額定功率coil nominal power ac 小于等于3.5va dc 小于等于2w 9.電氣壽命(次) electrical life(ops) 100,00010.機械壽命(次) mechanica

6、l life(ops) 10,000,000 11.使用環(huán)境溫度 operating temperature() 40+5512.重量 weight(g) 小于等于6913.安置方式 mounting methods 插入式outlet圖2.2.2繼電器原理圖2.3工作原理由ad590溫度傳感器將水溫信號轉(zhuǎn)化為電信號，計算得由溫度傳感器轉(zhuǎn)化的電壓，50度時對應的電壓為3.23v，100度對應的電壓為2.73v。電阻r1、r2、r3、r4組成的電路由+12v電壓源提供電壓，r3、r4是分壓電阻，使通過比較器“+”的比較電壓分別為2.23v和2.73v。當溫度小于50度時，比較器c1、c2導通，繼

7、電器j1、j2閉合，電熱絲l1、l2同時加熱。同時c1、c2輸入高電平，發(fā)光二極管d1發(fā)光，顯示加熱狀態(tài)。當溫度大于50度小于100度時，比較器c1截止，c2導通，繼電器j1開啟，j2閉合，電熱絲l2加熱。同時c1輸入低電平，c2輸入高電平，發(fā)光二極管d2發(fā)光，顯示保溫狀態(tài)。當溫度大于100度時，比較器c1 、c2截止，繼電器j1 、j2開啟，電熱絲都不加熱。同時c1、c2輸入低電平，發(fā)光二極管d3發(fā)光，既不保溫又不加熱。 開關(guān)s是快捷加熱健，無論電路處于何種狀態(tài)，按下開關(guān)，則電熱絲l1、l2同時加熱。圖2.2.3簡易純凈水加熱控制電路原理圖3元器件選擇與元器件清單3.1 元器件選擇3.1.1

8、 電阻 電阻的種類很多，通常分為碳膜電阻，金屬電阻，線繞電阻等：它又包含固定電阻與可變電阻，光敏電阻，壓敏電阻，熱敏電阻等。常見的碳膜電阻或金屬膜電阻器在溫度恒定，且電壓和電流值限制在額定條件之內(nèi)時，可用線性電阻器來模擬。如果電壓或電流值超過規(guī)定值，電阻器將因過熱而不遵從歐姆定律，甚至還會被燒毀。此電路中應選用r1、r2均選用1/4w碳膜電阻器；r3選用1/2w金屬膜電阻器。rp1、rp2均選用小型膜式線性電位器。電阻符號3.1.2 電容 在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機、發(fā)射機和振蕩器中

9、。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，一般1f以上的電容均為電解電容，而1f以下的電容多為瓷片電容，當然也有其他的，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的云母電容等。電解電容有個鋁殼，里面充滿了電解質(zhì)，并引出兩個電極，作為正（+）、負（-）極，與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。在這個電路中二極管作為相當重要的部件出現(xiàn)，它的用處當然不容忽視，下面對它進行一個詳細的介紹，它的作用如下： a、濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電

10、壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產(chǎn)生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.lpf的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。 b、耦合作用：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用電容藕合為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。 電容的重要性洶涌的河水流入到湖泊中,再讓它流出來,那就顯得平靜而柔和了.電容就應該是充當了湖泊的作用吧.讓電流更純凈沒有雜波.所謂電容，就是容納和釋放

11、電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電， c、當然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結(jié)構(gòu)非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質(zhì)組成，所以電容類型主要是由電極和絕緣介質(zhì)決定的。在計算機系統(tǒng)的主板、插卡、電源的電路中，應用了電解電容、紙介電容和瓷介電容等幾類電容，并以 電解電容為主。紙介電容是由兩層正負錫箔電極和一層夾在錫箔中間的絕緣蠟紙組成，并拆疊成扁體長方形。額定電壓一般在63v250v之間，容量較小，基本上是pf(皮法)數(shù)量級?，F(xiàn)代紙介電容由于采用了硬塑外殼和樹脂密封包裝，不易老化，又因為它們基本工作在低壓區(qū),且耐壓值相對較高，所以損壞的可能性較小。萬一遭到電損壞，

12、一般癥狀為電容外表發(fā)熱。瓷介電容是在一塊瓷片的兩邊涂上金屬電極而成，普遍為扁圓形。其電容量較小，都在pf(皮微法)數(shù)量級。又因為絕緣介質(zhì)是較厚瓷片，所以額定電壓一般在13kv左右，很難會被電損壞，一般只會出現(xiàn)機械破損。在計算機系統(tǒng)中應用極少，每個電路板中分別只有24枚左右。電解電容的結(jié)構(gòu)與紙介電容相似，不同的是作為電極的兩種金屬箔不同(所以在電解電容上有正負極之分，且一般只標明負極)，兩電極金屬箔與紙介質(zhì)卷成圓柱形后，裝在盛有電解液的圓形鋁桶中封閉起來。因此，如若電容器漏電，就容易引起電解液發(fā)熱，從而出現(xiàn)外殼鼓起或爆裂現(xiàn)象。電解電容都是圓柱形(圖1)，體積大而容量大，在電容器上所標明的參數(shù)一般

13、有電容量(單位:微法)、額定電壓(單位:伏特)，以及最高工作溫度(單位:)。其中，耐壓值一般在幾伏特幾百伏特之間，容量一般在幾微法幾千微法之間，最高工作溫度一般為85105。指明電解電容的最高工作溫度，就是針對其電解液受熱后易膨脹這一特點的。所以，電解電容出現(xiàn)外殼鼓起或爆裂，并非只有漏電才出現(xiàn)，工作環(huán)境溫度過高同樣也會出現(xiàn)。 總結(jié)以上，可以得出它的以下作用： 1.電容器主要用于交流電路及脈沖電路中，在直流電路中電容器一般起隔斷直流的作用。 2.電容既不產(chǎn)生也不消耗能量，是儲能元件。 3.電容器在電力系統(tǒng)中是提高功率因數(shù)的重要器件；在電子電路中是獲得振蕩、濾波、相移、旁路、耦合等作用的主要元件。

14、 4.因為在工業(yè)上使用的負載主要是電動機感性負載,所以要并電容這容性負載才能使電網(wǎng)平衡. 5.在直流電路中是抗干擾，把干擾脈沖通過電容接地（在這次要作用是隔直電路中的電位關(guān)系）；交流電路中也有這樣通過電容接地的，一般容量較小，也是抗干擾和電位隔離作用此電路中應選用c1、c4和c5均選用耐壓值為25v的鋁電解電容器；c2、c3選用滌綸電容器或獨石電容器。 電容符號3.1.3 三極管它是三極管的特種，在這個電路中光敏三極管是最重要的部件之一，下面對它進行一個詳細的介紹 三極管外型（一） 三極管的結(jié)構(gòu)和分類其共同特征就是具有三個電極，這就是“三極管”簡稱的來歷。通俗來講，三極管內(nèi)部為由p型半導體和n

15、型半導體組成的三層結(jié)構(gòu)，根據(jù)分層次序分為npn型和pnp型兩大類。上述三層結(jié)構(gòu)即為三極管的三個區(qū), 中間比較薄的一層為基區(qū)，另外兩層同為n型或p型，其中尺寸相對較小、多數(shù)載流子濃度相對較高的一層為發(fā)射區(qū)，另一層則為集電區(qū)。三極管的這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點，是三極管能夠起放大作用的內(nèi)部條件。 三個區(qū)各自引出三個電極，分別為基極（b） 、發(fā)射極（e）和集電極（c）。，三層結(jié)構(gòu)可以形成兩個pn結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。三極管符號中的箭頭方向就是表示發(fā)射結(jié)的方向。 三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有兩個具有單向?qū)щ娦缘膒n結(jié)，因此當然可以用作開關(guān)元件，但同時三極管還是一個放大元件，正是它的出現(xiàn)促使了電子技術(shù)的飛躍發(fā)展。 （

16、二） 三極管的電流放大作用 直流電壓源vcc應大于vbb，從而使電路滿足放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置。改變可調(diào)電阻rb，基極電流ib，集電極電流ic 和發(fā)射極電流ie都會發(fā)生變化，由測量結(jié)果可以得出以下結(jié)論：（1） ie ib ic ( 符合克希荷夫電流定理）（2） ic ib （稱為電流放大系數(shù)，可表征三極管的電流放大能力）（3） ic ib 由上可見，三極管是一種具有電流放大作用的模擬器件。 （三） 三極管的放大原理以下用npn三極管為例說明其內(nèi)部載流子運動規(guī)律和電流放大原理， a、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子：由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷擴散到基區(qū)

17、，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流ie。 b、電子在基區(qū)擴散和復合：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子（空穴）濃度很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少部分可以和基區(qū)空穴復合，形成比較小的基極電流ib，而剩下的絕大部分電子都能擴散到集電結(jié)邊緣。 c、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子：由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流ic。 （四）三極管的輸入輸出特性 三極管的輸入特性是指當集-射極電壓uce為常數(shù)時，基極電流ib與基-射極電壓ube之間的關(guān)系曲線。對硅管而言，當uce超過1v時，集電結(jié)已經(jīng)達到足夠反偏，可以把從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的

18、電子中的絕大部分拉入集電區(qū)。如果此時再增大uce ，只要ube保持不變（從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)就一定）， ib也就基本不變。當和二極管的伏安特性一樣，三極管的輸入特性也有一段死區(qū)，只有當ube大于死區(qū)電壓時，三極管才會出現(xiàn)基極電流ib。通常硅管的死區(qū)電壓約為0.5v，鍺管約為0.1v。在正常工作情況下，npn型硅管的發(fā)射結(jié)電壓ube為0.60.7v，pnp型鍺管的發(fā)射結(jié)電壓ube為-0.2 -0.3v。三極管的輸出特性是指當基極電流ib一定時，集電極電流ic與集-射極電壓uce之間的關(guān)系曲線。在不同的ib下，可得出不同的曲線，所以三極管的輸出特性是一組曲線。 通常把輸出特性曲線分為三個工作

19、區(qū)： 1、放大區(qū)：輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū), ic ib ,由于在不同ib下電流放大系數(shù)近似相等，所以放大區(qū)也稱為線性區(qū)。三級管要工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)必須處于正向偏置，集電結(jié)則應處于反向偏置，對硅管而言應使ube0，ubc0。 2、截止區(qū)： ib 0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。實際上，對npn硅管而言，當ube0.5v時即已開始截止，但是為了使三極管可靠截止，常使ube0v，此時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。 3、飽和區(qū)：輸出特性曲線的陡直部分是飽和區(qū)，此時ib的變化對 ic的影響較小，放大區(qū)的特性不再適用于飽和區(qū)。在飽和區(qū), uceube，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置所以

20、此電路中應選用vtl選用3du系列的光敏晶體管；vt選用s9014、s8050等型號的硅npn型晶體管。3.1.4門電路與門 又稱“與電路”。執(zhí)行“與”運算的基本門電路。有幾個輸入端，只有一個輸出端。當所有的輸入同時為“1”電平時，輸出才為“1”電高，否則輸出為“0”電平。 與的含義是只有當決定一件事的所有條件都具備時，這個事件才會發(fā)生。邏輯與也稱邏輯乘。 與門表達式f=ab 與門邏輯功能表非門非門又稱反相器，是邏輯電路的重要基本單元，非門有輸入和輸出兩個端，電路符號見附圖，其輸出端的圓圈代表反相的意思，當其輸入端為高電平時輸出端為低電平，當其輸入端為低電平時輸出端為高電平。也就是說，輸入端和

21、輸出端的電平狀態(tài)總是反相的。非門邏輯功能表3.2元器件清單元件序號元件名稱元件規(guī)格元件數(shù)量1電阻10k222.28k132.94k14電阻絲500w151000w16單刀雙擲開關(guān)86型17比較器lm33928溫度傳感器ad59019繼電器mk3p210發(fā)光二極管m800311門電路非門112與門213與非門1總結(jié)本周我們進行了為期一周的課程設計，時間雖短，但其中需要學的東西可真不少。首先，想要做出一個實用的工程產(chǎn)品真的不是很容易，扎實的基本功是必需的，不然給你一個設計要求，你即使知道要設計什么，卻也不知道往哪方面去考慮，這個是做設計最頭疼的事。其次，要知道怎么查資料，這次課程設計雖然簡單，但是卻讓我為查資料花去了好大一部分時間。我們這次的課題是設計簡易純凈水加熱控制電路，網(wǎng)上以及圖書館的許多資料書上都有，我也下了有一些，但我卻沒有照他們的思路去做。因為我覺得這是我第一次做這樣的任務，一定要拿出自己的特色來，不然這次照人家的去做，下次就還會這樣做，有了依賴心理，對自己以后的發(fā)展沒有太大的好處，并且這樣的機會難得，一定要好好把握。再次，應該學會團隊協(xié)作。我們是六個人一組，共同設計一個課題，如果大家分工明確的話，將會起到事半功倍的效果。去年暑假，大三的學生參加全國大學生電子設計競賽，我們幾個有幸跟著他們學習，當