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頁U2=5×(100Ω/2100Ω)VU0=(U1-U2)R2/R1=K(U1-U2)(其中K=R2/R1)=5K×[(100OΩ+0.386Ω/℃t)/(2100Ω+0.386Ω/℃t)-100Ω/2100Ω]V≈5K×0.386Ω/℃t/(2100Ω+0.386Ω/℃t)≈5K×0.386t/2100令t=100℃時,U0=5V,則K=54.4,故有R2/R1=54.4,取R1=5.6KΩ,則有R2=304.64KΩ,故有R1=R2=5.6KΩ,取R2=R4=300KΩ。工作原理是當鉑電阻阻值改變時,會給運放部分一個較小的電壓,這個電壓再經(jīng)過運算放大器放大后輸出一個電壓信號,此電壓信號是隨鉑電阻阻值變化即溫度值而變化。這個輸出電壓為后面的比較電路提供一個比較值,從而控制顯示電路和加熱電路。3.1.2電路仿真圖2圖2則為在設(shè)計軟件下仿真的截圖,在末端可以加裝電壓表,調(diào)節(jié)滑動變阻器可以使輸出電壓改變,于是可以得出其已經(jīng)具備將溫度值轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕哪芰3]。用滑動變阻器代替熱敏電阻,調(diào)節(jié)滑動變阻器模擬熱敏電阻阻值隨溫度的變化,由公式R=100+0.386tΩ可以得30℃、40℃、50℃、70℃80℃以及低于30℃和高于80℃水溫對應(yīng)的滑動變阻器的阻值,從而控制輸出電壓。3.1.3、元器件的選擇及參數(shù)的確定為了獲得比較高的測量精度,電阻可以選用1%的五環(huán)金屬膜電阻;或者采用電位器調(diào)節(jié)得到兩只匹配的300k電阻,使阻值盡可能實現(xiàn)匹配,提高電路的共模抑制比,A1和A2要選擇輸入電阻較大的運算放大器,如TL082,A3要選擇精度較高的,輸入電阻較大,共模抑制比較高的運算放大器,如OP07,LF412等[6]。3.2比較/顯示電路3.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3圖3為比較/顯示電路,其中A4,A5兩個運放構(gòu)成窗口比較器,連接兩個滑動變阻器,通過調(diào)節(jié)電位器來設(shè)定40℃和70℃相對應(yīng)的電壓值。假設(shè)UR1和UR2分別對應(yīng)40℃和70℃水溫,則UR1和UR2可通過調(diào)節(jié)電位器R1和R2設(shè)定。另一方面,UR1和UR2實際大小可通過實驗測得。對水加熱,使得在水溫為100℃時測溫電路輸出電壓為5V,然后測得水溫為40℃時A3輸出電壓UO即為UR1,水溫為70℃時的輸出電壓即為UR2。顯示電路由兩個三極管和紅、綠發(fā)光二極管及其電阻組成。當UR2>U0>UR1時,即水溫在40度到70度之間時,窗口比較器輸出為高電平,綠發(fā)光二極管點亮,紅發(fā)光二極管熄滅,指示水溫正常。否則綠發(fā)光二極管熄滅,紅發(fā)光二極管電亮,處于報警狀態(tài)。3.2.2電路仿真圖4電路仿真如圖4所示當U0在UR1和UR2之間時即水溫在40℃和70℃之間,綠發(fā)光二極管點亮,表示水溫正常。在U1和U2的范圍外時亮紅燈,因此符合要求。3.2.3元件的選擇及參數(shù)的確定此部分為了比較電壓大小運放可以選取LM339,兩個電位器可以選10k大小,運放的電壓為正負12v,滑動變阻器的上邊電壓接5v,兩個三極管使用2sc1815,構(gòu)成驅(qū)動電路,更重要的一點兩個比較器還需要兩個3.3k的上拉電阻以保證三極管的正常運行。3.3、溫度控制單元電路3.3.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖5如圖5所示控制電路由兩個LM339運放,晶體三極管,電位器,繼電器,加熱器及電阻組成。通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓,從而控制加熱器。設(shè)UR3和UR4分別對應(yīng)50℃和60℃的水溫,則UR3和UR4可通過調(diào)節(jié)電位器來設(shè)定。另一方面,UR3和UR4的大小可通過實驗測得。利用加熱電路對水進行加熱,使得水溫為100℃時測溫電路輸出電壓U0為5V,然后測得水溫為50℃時測溫電路輸出電壓U0即為UR3,水溫為60℃時測溫電路輸出電壓U0即為UR4。當U0<UR3時,即水溫小于50度,兩個繼電器常開觸點閉合,加熱器H1和H2都工作。UR3<U0<UR4時即水溫在50到60度之間,繼電器K2的常開觸點閉合,加熱器H2工作,H1斷開。當U0>UR4時兩個繼電器都斷開,兩個加熱器都停止工作[5]。3.3.2溫度控制單元仿真電路圖6[2]由圖6仿真電路可得當U0的電壓小于3v且大于2.5v時只有一個加熱電路工作,當U0小于2.5v時,兩個加熱電路都會工作,當電壓U0大于3v時兩個加恩電路將會停止工作。上圖為大于3v時的仿真圖。由仿真圖可以看出,水溫小于50℃時,兩個加熱器同時對水進行加熱;水溫在50℃和60℃之間時,只有一個加熱器工作;水溫高于60℃時,兩個加熱器都停止加熱。因此電路設(shè)計符合題目要求。3.4電源部分圖7[2]如圖7所示直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器是將交流電220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?,然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波,必須通過濾波電路加以濾除,從而得到平滑的直流電源。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時,維持輸出直流電壓穩(wěn)定[7]。濾波電容為C1、C2選用較大值電容,要求不高的地方可以選用較小的電容;且選用三端集成穩(wěn)壓器來輸出穩(wěn)定的直流電源;整流電路采用橋式連接方式[4]。系統(tǒng)仿真[2]仿真截圖圖8由電壓表讀數(shù)2.57v可知其電壓在3.5v和2v之間的檢測電路故應(yīng)該亮綠燈,2.57v也在3v在2.5v之間,故只有一個加熱電路工作。進行系統(tǒng)仿真時,用滑動變阻器代替熱敏電阻,在控制電路部分用兩個發(fā)光二極管代替繼電器和加熱器。當兩個發(fā)光二極管同時發(fā)光,則表示兩個加熱器同時工作;有一個發(fā)光則表示一個加熱器工作;兩個均不發(fā)光則兩個加熱器都關(guān)閉[6]。結(jié)論通過仿真軟件對所設(shè)計的電路進行仿真,其結(jié)果與電路要求相符合。再通過電路板的焊接及其調(diào)試,能完全實現(xiàn)電路功能。用滑動變阻器模擬熱敏電阻,調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變輸出電壓,再利用比較器與設(shè)置溫度值對應(yīng)的電壓值進行比較,從而對后邊電路進行控制。水溫小于40攝氏度時,紅色發(fā)光二極管發(fā)出報警信號且H1和H2兩個加熱器同時加熱;水溫在40至60攝氏度之間時,綠色發(fā)光二極管指示水溫正常,且一個加熱器工作,另一個加熱器關(guān)閉;水溫在60到70攝氏度之間時,綠燈亮且兩個加熱器都停止工作。顯示電路和加熱電路完全按照測溫電路的溫度變化而有規(guī)律的變化,滿足設(shè)計要求。致謝電子技術(shù)綜合訓練為我們提供了一個理論與實踐相結(jié)合的平臺,使我們從掌握單純的理論知識到學會用理論知識分析解決問題,通過這兩周時間的努力學習,通過老師和同學的幫助順利完成老師布置的任務(wù),同時這次訓練也使我們的知識更加豐富,而且開拓了我們的思維,培養(yǎng)了獨立實踐、創(chuàng)新精神。參考文獻[1]《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京:高等教育出版社董詩白[2]《電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計(第三版)》北京:機械工業(yè)出版社畢滿清[3]《電子線路設(shè)計、實驗、測試(第二版)》北京:高等教育出版社謝自美[4]《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京:高等教
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