NTC温度监测及控制电路.doc

精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 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 4 5V 18V 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 55 125 温 精选资料 欢迎下载 度测量精度 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 1312 T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 2 3 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 2 3 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 精选资料 欢迎下载 12V Vcc 的 设置了稳压管D2 RW1可决定测温电桥的平衡 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 精选资料 欢迎下载 U按比例放大 其输出电压 B 65 6 4 W274 A 4 W27 01 U RR R R RRR U R RR U 当R4 R5 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 H UR 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 精选资料 欢迎下载 当输出为低电平U0L时 运放同相输入端电位 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 Uo2 精选资料 欢迎下载 4 4 元件参数的计算及选择 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 精选资料 欢迎下载 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 UTH UTL 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 精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 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 精选资料 欢迎下载 附录 图 9 温度监测及控制电路 精选资料 欢迎下载 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070601140215 指导教 师姓名 徐建军 高金兰 职称 副教授 讲 师 序号评价项目指 标满分 评分 1 工作