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大 庆 石 油 学 院 课 程 设 计 2009 年 6 月 29 日 课 程 电子技术课程设计 题 目 NTC 温度监测及控制电路 院 系 电气信息工程学院自动化系 专业班级 自动化 07-2 班 学生姓名 李连会 学生学号 070601140215 指导教师 徐建军 高金兰 大庆石油学院课程设计任务书 课程 电子技术课程设计 题目 NTC 温度监测及控制电路 专业 自动化 姓名 李连会 学号 070601140215 主要内容： 运用双臂电桥、差动集成运放、滞回比较器设计温度监测及控制电路。 基本要求： （1） 、检测电路采用热敏电阻 Rt（NTC）作为测温元件。 （2） 、用 100/2W 的电阻元件作为加热装置。 （3） 、设计温度检测电路和温度控制电路。 （4） 、具有自动指示“加热”与“停止”功能。 （5） 、写出完整的设计及实验调试总结报告。 参考资料： 1 孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书M.北京：中国电力出版社， 2005.10. 2 刘润华,刘立山.模拟电子技术M.山东:石油大学出版社,2003. 3 廖先芸，郝军.电子技术实践教程M.北京:石油工业出版社,1998.5. 4 汪学典.电子技术基础实验M.武汉:华中科技大学出版社,2006.8. 5 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997. 完成期限 2009.6.29 至 2009.7.3 指导教师 专业负责人 2009 年 6 月 27 日 目录 1 设计要求.1 2 方案设计.1 2.1 设计思路.1 2.2 总体方案方框图.1 2.3 基本原理.2 3 总体方案的选择和设计.2 3.1 PTC 温度控制电路.2 3.2 NTC 温度监测及控制电路.3 4 单元电路的设计.3 4.1 含有热敏电阻的桥式放大电路.3 1、测温电桥.3 2、差动放大电路.4 4.2 滞回比较器.5 4.3 输出警报和控制电路.6 4.4 元件参数的计算及选择.6 1、差分放大电路.6 2、桥式测温放大电路.7 3、滞回比较器.7 5 总电路图.8 6 总结.8 参考文献.9 附录.10 电子技术课程设计（报告） 1 1 设计要求 运用双臂电桥、差动集成运放、滞回比较器设计温度监测及控制电路。 （1） 、检测电路采用热敏电阻 Rt（NTC）作为测温元件。 （2） 、用 100/2W 的电阻元件作为加热装置。 （3） 、设计温度检测电路和温度控制电路。 （4） 、具有自动指示“加热”与“停止”功能。 （5） 、写出完整的设计及实验总结报告。 2 方案设计 2.1 设计思路 根据课题要求，电路主要包括四个部分。 （1）由具有负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC）为一臂组成测温电桥的 传感器，来测量温度。 （2）由差动放大电路，将测得的温度信号按比例放大。 （3）测温电桥输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热” “停止”信 号。改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回 比较器的滞回宽度确定。 （4）滞回比较器输出的信号经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。 2.2 总体方案方框图 图 1 基本原理框图 停止 测温电桥差动放大器 滞回比较器 加热器 加热 电子技术课程设计（报告） 2 2.3 基本原理 基本原理框图如图 1 所示。 采用负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC 元件）Rt 为一臂组成测温电桥， 其输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”与“停止”信号，经三极管 放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变滞回比较器的比较电压UR即改变控温 的范围，而控温的精度则由滞回比较器的滞回宽度确定。 3 总体方案的选择和设计 3.1 PTC 温度控制电路 图 2 TC620 结构图 在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的热敏电阻器成为正温度系数 热敏电阻器，简称 PTC 元件。 TC620 是一种新型智能温度控制集成电路其内部主要由温度传感器 （PTC 热敏电阻） 、基准电压源、温度/电压变换器、两个带滞回的电压比较器 及锁存器等组成。其主要特性参数为：工作电压范围 45V18V；最大士作电 流 200mA；最大输出电流可达 1mA；输出阻抗 400；测温范围-55125； 温度测量精度3。 电子技术课程设计（报告） 3 TC620 的实际结构框图如图 2 所示。A1A2及 C1组成低于温度下限报警的输 出，A1、A3及 C2组成高于温度上限报警的输出。C1的输出经反相后与 C2的输 出一起作为 RS 触发器的输入，由 CON 端输出温度控制信号。外接两个电阻 RSL和 RSH，其电阻值的大小可由公式 RSH（RSL）=0.59972.1312T 求出（式中 T 为绝对温度） 。 从理论上讲，恒定温度是一个“点” 。实际上，为了防止频繁的通断信号而 损坏继电器，恒定温度应是一个温度区间，这个区间的温度差值根据所要求的 恒温精度确定，如 23。在设计电路时，可根据恒定温度选择温度上限电阻 RSH，在以低于恒定温度 23的温度选择温度下限电阻 RSL。这样，当温度高 于上限时，继电器断开（保温） ；当温度低于下限时，继电器吸合，从而实现恒 温目的。 3.2 NTC 温度监测及控制电路 如图 NTC 温度监测及控制电路是由负温度系数电阻特性的热敏电阻 （NTC 元件）Rt为一臂组成测温电桥， 其输出经测量放大器放大后由滞回比较 器输出“加热”与“停止”信号，经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。改变 滞回比较器的比较电压 UR即改变控温的范围，而控温的精度则由滞回比较器的 滞回宽度确定。 差动放大器输出电压 Uo1经分压后 A2组成的滞回比较器，与反向输入端的 参考电压 UR相比较。当同相输入端的电压信号大于反相输入端的电压时，A2 输入正饱和电压，三极管 T 饱和导通。通过发光二极管 LED 的发光情况，可见 负载的工作状态为加热。反之，为同相输入信号小于反相输入电压时，A2输出 负饱和电压，三极管 T 截止，LED 熄灭，负载的工作状态为停止。调节 RW4可 以改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。 4 单元电路的设计 4.1 含有热敏电阻的桥式放大电路 1、测温电桥 如图 3 所示，由 R1、R2、R3、RW1及 Rt 组成测温电桥，其中 Rt 是温度传感 器。其呈现出的阻值与温度成线性变化关系且具有负温度系数，而温度系数又 与流过它的工作电流有关。为了稳定 Rt 的工作电流，达到稳定其温度系数的目 的，设置了稳压管 D2。RW1可决定测温电桥的平衡。 电子技术课程设计（报告） 4 +12V Vcc+ 图 3 测温电桥电路 2、差动放大电路 图 4 差动放大电路 如图 4 所示，由 A1及外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥输出电压 U 按比例放大。其输出电压 电子技术课程设计（报告） 5 B 65 6 4 W274 A 4 W27 01 )U RR R )( R RRR ()U R RR (U 当 R4R5， （R7+RW2）=R6时 )U(U R RR U AB 4 W27 01 （1） RW3用于差动放大器调零。可见差动放大电路的输出电压 U01仅取决于二个 输入电压之差和外部电阻的比值。 4.2 滞回比较器 图 5 同相滞回比器 图 6 电压传输性 差动放大器的输出电压 U01输入由 A2组成的滞回比较器。 滞回比较器的单元电路如图 5 所示，设比较器输出高电平为 U0H，输出低 电平为 UOL，参考电压 UR加在反相输入端。 当输出为高电平 U0H时，运放同相输入端电位 0H F2 2 i F2 F H U RR R U RR R U （2） 当 Ui 减小到使 U+HUR，即 （3） OH F 2 R F F2 TLi U R R U R RR UU 此后，Ui 稍有减小，输出就从高电 平跳变为低电平。 当输出为低电平 U0L时，运放同相输入端电位 电子技术课程设计（报告） 6 OL F2 2 i F2 F L U RR R U RR R U （4） 当 Ui 增大到使 U+L=UR，即 OL F 2 R F F2 THi U R R U R RR UU （5） 此后，Ui 稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。 因此 UTL和 UTH为输出电平跳变时对应的输入电平，常称 UTL为下门限电 平，UTH为上门限电平，而两者的差值 )U(U R R UUU OLOH F 2 TLTRT （6） 称为门限宽度，它们的大小可通过调节 R2/RF的比值来调节。 图 6 为滞回比较器的电压传输特性。 4.3 输出警报和控制电路 利用滞回比较器输出的电压 UO2控制一个开关三极管使报警电路中的发光 二极管显示不同的状态（亮/灭） ，同时控制电流继电器 KA，进而控制加热电路 的导通和截止。调节滞回比较器的上下门限电平可控制三极管的开关时间，从 而达到设定加热温度的目的。电路如图 7。 图 7 输出警报和控制电路 4.4 元件参数的计算及选择 Uo2 电子技术课程设计（报告） 7 1、差分放大电路 如图 4 所示，令 A、B 点分别接地， B 点接地： A 4 7W2 o1U R RR U （7） A 点接地： B 654 47w26 o1 U )R(RR )RR(RR U （8） 于是 A 4 7w2 654 47w26 o1 o1o1 U R RR )R(RR )RR(RR UUU （9） 设计要求差动放大电路可将 A、B 点电压差U 按比例放大。 即令 4 7w2 654 47w26 R RR )R(RR )RR(RR （10） 可得 7w26 RRR 选取 R4=R5=10K，R6=1M，R7=910K，则 90KR-RR 76w2 2、桥式测温放大电路 将差动放大电路的 A、B 端与测温电桥的 A、B端相连，构成一个桥式测 温放大电路。 选取常温下 Rt 为 1K的热敏电阻， R1=100K，R2=20K，R3=220K，选定室温为平衡温度，如图 3 所示，即 要求 UA-UB=0。 即， 32w1 3 t1 t RRR R RR R 可得，=21.98K 2 t 31 w1 R R RR R 3、滞回比较器 电子技术课程设计（报告） 8 图 8 如图 8 设定参考电平 UR=2V，运算放大器 A2选为A741。 其输出最大电压为13V，即比较器输出低电平 UOL=13V，输出高电平 UOH=+13V。 UR= 12 2 RRR RR 10W49 W410 求得，=16K W4 R 上门限电压 UTH=2.15VU R R U R RR OL 11 S R 11 11S 下门限电压89V . 1 U R R U R RR U OH 11 S R 11 11S TL 门限宽度UT=UTHUTL=26V. 0)UU( R R OLOH 11 S 5 总电路图 把上述各部分电路连接起来便构成了完整的 NTC 温度监测及控制电路。其 总电路图如附录所示。 6 总结 本次课程设计要求设计一种音乐彩灯控制器。应用所学的知识及在图书馆 搜集的资料，对题目所要求的电路进行了设计。 1、设计了两种温度控制电路进行对比，方案一是利用 PTC 集成元件 TC260 进行组配电路，方案二是利用 NTC 热敏电阻组配电路。方案一电路使用 电子技术课程设计（报告） 9 集成元件相对来说比较简单。 2、在方案二的设计中，用到了差分放大器、滞回比较器、测温电桥等基本 电路。 3、根据任务要求对相关参数进行了计算，并对相关元件进行了选择。 4、为了做好这次的课程设计，要充分理解电路的任务目的，先建立一个大 致的电路工作过程概念。然后再进行细节的分析，理论的验证，最终得出一套 最优的方案。 电子技术课程设计（报告） 10 参考文献 1 孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书M.北京：中国电力出版社， 2005.10. 2 刘润华,刘立山.模拟电子技术M.山东:石油大学出版社,2003. 3 廖先芸，郝军.电子技术实践教程M.北京:石油工业出版社,1998.5. 4 汪学典.电子技术基础实验M.武汉:华中科技大学出版社,2006.8. 5 彭介华.电子技术课程设计指导J.北京:高等教育出版社,1997. 电子技术课程设计（报告） 11 附录 图 9 温度监测及控制电路 大庆石油学院课程设计成绩评价表 课程名称电子技术课程设计 题目名称NTC 温度监测及控制电路 学生姓名李连会学号 070