模电课程设计论文.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 电子温度控制器电子温度控制器 院 系 院 系 技术学院技术学院 专业班级 专业班级 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 本科生课程设计 论文 I 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 工 教研室 电子 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号学生姓名专业班级 课程设计 题目 电子温度控制器电子温度控制器 课程设计 论文 任务 设计任务 1 现设计并制作能高精度电子温度控制器 2 设计电路所需的直流稳压电源 3 工作温度范围 25C 85C 4 精度C 0 1 设计要求 1 分析设计要求 明确性能指标 必须仔细分析课题要求 性能 指标及应用环境等 广开思路 构思出各种总体方案 绘制结构框图 2 确定合理的总体方案 对各种方案进行比较 以电路的先进性 结构的繁简 成本的高低及制作的难易等方面作综合比较 并考虑器件 的来源 敲定可行方案 3 设计各单元电路 总体方案化整为零 分解成若干子系统或单元 电路 逐个设计 4 组成系统 在一定幅面的图纸上合理布局 通常是按信号的流向 采用左进右出的规律摆放各电路 并标出必要的说明 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 II 摘 要 电子式温度控制器 电阻式 是采用电阻感温的方法来测量的 一般采用白 金丝 铜丝 钨丝以及半导体 热敏电阻等 为测温电阻 这些电阻各有其优确 点 家用空调的传感器大都是以热敏电阻式 电子温度控制电路广泛应用于社会 生活的各个领域 如家电 汽车 材料 电力电子等 一些工业上的自动化设备 需要将温度控制在一定范围内 才能保证所制造的产品的质量 电子温度控制系 统一般由温度测量部分 温度控制部分和直流稳压电源部分组成 温度测量部分 主要用来接收当前系统中的温度 然后通过差动放大电路将热敏电阻的电压信号 发送到温度控制部分 温度控制系统主要是用来控制外部调温系统的 它接收来 自温度测量部分的信号 然后与所要控制的温度信号进行比较 从而决定是否加 热升温或冷却降温 直流稳压电源部分主要是用来给电子温度控制器供电 一般 由电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路构成 温度控制我们通过控制继 电器来控制加热丝加热或风扇散热 关键词 温度 放大 电源 继电器 本科生课程设计 论文 III 目 录 第 1 章 电子温度控制器的方案设计论证 1 1 1 电子温度控制器的应用意义 1 1 2 电子温度控制器的设计要求及设计参数 1 1 2 1 设计要求 1 1 2 2 设计参数 1 1 3 设计方案的论证 2 1 3 1 方案一 2 1 3 2 方案二 2 1 4 总体设计方案框图及分析 3 第 2 章 电子温度控制器的单元电路设计 4 2 1 温度监测及控制电路的 4 2 1 1 测温电桥的设计 4 2 1 2 差动放大电路的设计 5 2 1 3 多级调温电路 9 2 1 4 滞回比较器的设计 10 2 1 5 三极管及外围控制电路的设计 11 2 2 12V 直流稳压电源的设计 12 第 3 章 电子温度控制器的整体电路设计 16 3 1 整体电路图及原理图 16 3 2 电路参数计算 17 3 3 整机电路性能仿真验证 18 第 4 章 课程设计总结 19 参考文献 20 附录 器件清单 21 本科生课程设计 论文 1 第 1 章 电子温度控制器的方案设计论证 1 1 电子温度控制器的应用意义 现代的家用温度控制器例如电冰箱 鸡舍温度控制器都是机械式的 这种温 度控制器较易损坏 且损坏后很难修复 也很难配到相同规格型号的控制器 加 之某些生产厂家对质量的不保证 导致许多控制器出厂就损坏的现象 因此我们 提出一种结构简单 成本低廉 而且中心温度 温度偏差可谁机方便调节设定的 电子温度控制器方案 他不仅适用于作电冰箱的温度控制器 而且适用于各种制 冷制热电器设备的温度控制器 1 2 电子温度控制器的设计要求及设计参数 1 2 1 设计要求 1 分析设计要求 明确性能指标 必须仔细分析课题要求 性能 指标及 应用环境等 广开思路 构思出各种总体方案 绘制结构框图 2 确定合理的总体方案 对各种方案进行比较 以电路的先进性 结构的 繁简 成本的高低及制作的难易等方面作综合比较 并考虑器件的来源 敲定可 行方案 3 设计各单元电路 总体方案化整为零 分解成若干子系统或单元电路 逐个设计 4 组成系统 在一定幅面的图纸上合理布局 通常是按信号的流向 采用左 进右出的规律摆放各电路 并标出必要的说明 1 2 2 技术参数 1 现设计并制作能高精度电子温度控制器 2 设计电路所需的直流稳压电源 3 工作温度范围 25 85 4 精度 1 本科生课程设计 论文 2 1 3 设计方案的论证 电子温度控制器主要是通过温度传感器将温度信号变成电压信号 再通过控 制电路进行加热或降温 根据实验任务要求 对控制电路部分可以采用多种方案 如模拟电路控制或单片机控制等多种方案 1 3 1 方案一 通过热敏电阻或者铂金电阻将温度信号进行采集 然后将温度的电压信号进 行差动放大和滞回比较 再经过多个滞回比较器进行比较 其次再利用放大的信 号控制三极管的导通与截止 最后通过三极管的导通与截止控制继电器或者外围 加热或降温措施 如图 1 3 1 所示 优点 可以全自动控制 不需要拨挡换位 缺点 需要大量的集成模块 电路复杂 生产成本高 图 1 3 1 电子温度控制器方案一 1 3 2 方案二 该方案也是通过热敏电阻或者铂金电阻将温度信号进行采集 然后将温度的 电压信号进行差动放大 再经过滞回比较器进行比较 其次再利用滞回比较器产 生的信号控制三极管的导通与截止 最后通过三极管的导通与截止控制继电器或 者外围加热或降温措施 而比较的参考电压是通过多档位电阻分压 如图 1 3 2 本科生课程设计 论文 3 所示 优点 相对于方案一 制造成本低 电路相对简单 利于广泛应用 因此 采用方案二 图 1 3 2 电子温度控制器方案二 1 4 总体设计方案框图及分析 电子温度控制器是由负温度系数电阻特性的热敏电阻为一臂组成的测温电桥 的 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的 加热 与 停止 改变滞回比较器的比较电压 即改变控温的范围 而控温的精度则由滞回比较器的滞回的滞回宽度确定 而滞 回比较电压是通过多个电阻档位进行分压产生参考的电压信号 总体方案框图如 图 1 4 所示 图 1 4 总体方案设计框图 本科生课程设计 论文 4 第 2 章 电子温度控制器的单元电路设计 2 1 温度监测及控制电路 2 1 1 测温电桥的设计 R1 100k R2 20k R3 220 D1 1N4735A VCC 12V R4 1K LIN Key A 50 Rw1 10K LIN Key A 50 2 6VCC 4 1 UA UB 50 图 2 1 1 测温电桥电路 如图2 1 1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呈线性变化关系且具有负温度系数 而温度又与流过它的 工作电流有关 为了稳定Rt的工作电流 以达到稳定其温度系数的目的 电路中 设置了稳压管DZ RW1可决定测温电桥的平衡 热敏电阻Rt采用负温度系数的热敏电阻 NTC 负温度系数的热敏电阻又分为普通 型 稳压用 温度检测用 温度控制用等多类 根据设计要求需要检测温度 因 此采用温度检测型NTC热敏电阻 又根据温度检测范围需要在25 85 所以采 用MF58热敏电阻 MF58热敏电阻的阻值随温度变化如表2 1 1 2 所示 本科生课程设计 论文 5 温 度 25303540455055606570758085 电 阻 K 1 00 0 83 0 69 0 57 0 48 0 41 0 34 0 29 0 25 0 22 0 19 0 16 0 11 表2 1 1 2 MF58热敏电阻阻值随温度变化表 2 1 2 差动放大电路的设计 R4 10k R5 10k Rw2 100K LIN Key A 50 R7 910k Rw3 100K LIN Key A 50 VCC 12V VEE 12V R6 1 0M A1 741 3 2 4 7 6 51 VCC 3 5 6 2 0 7 8 VEE UA UB UO 1 4 图2 1 2 差动放大电路 本科生课程设计 论文 6 差动放大电路如图2 1 2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 724726 1 4456 WW OAB RRRRRR UUU RRRR 当 时 45 RR 726 W RRR 72 1 4 W OBA RR UUU R 其中RW3用于差动放大器调零 差动放大电路的输出电压仅取决于2个输入电压之 差和外部电阻的比值 差动放大电路输出电压随温度变化如表2 1 2所示 图2 1 2 1 温度与电压Uo的关系 本科生课程设计 论文 7 图 2 1 2 2 温度与电压 Uab 的关系 本科生课程设计 论文 8 图 2 1 2 3 UA 与 UB 的关系 本科生课程设计 论文 9 2 1 3 多级调温电路 图 2 1 3 多级调温电路 调温电路是通过改变与差动放大电路放大的温度电压信号相比较的电压信号 从而改变滞回电路输入的差模信号 如图 2 1 3 所示 该电路主要是通过电阻进 行分压调节 为了可以进行多档位调节 我们选择了拨码开关 S1 S2 S3 S4当 作开关来使用 进行电阻变换 即从左向右依次对应 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 55 55 60 60 65 65 70 70 75 75 80 80 85 共 12 个档位 调节电位器 RW4即可在该档位内进行调节 本科生课程设计 论文 10 2 1 4 滞回比较器的设计 图2 1 4 滞回比较器电路 差动放大器的输出电压 UO1输入由 A2组成的滞回比较器 设比较器输出高电 平为 输出低电平为 参考电压 UR加在反相输入端 OH U OL U 当输出为高电平时 运算放大器同相输入端电位 OH U 2 22 F HiOH FF RR uuU RRRR 当减小到使时 即 i u HR uU 22F iTLROH FF RRR uUUU RR 此后 只要稍有减小 输出就从高电平跳变为低电平 i u 当输出为低电平时 运算放大器同相输入端电位 OL U 2 22 F LiOL FF RR uuU RRRR 当增大到使时 即 i u LR uU A2 741 3 2 4 7 6 51 VCC 12V VCC VEE 12V VEE R8 10k R9 1 0M 3 67 1 UO2 UO1 UT 本科生课程设计 论文 11 22F iTHROL FF RRR uUUU RR 此后 只要稍有增加 输出就从低电平跳变为高电平 i u 因此 和为输出电平跳变时对应的输入电平 常称为下门限电平 TL U TH U TH U 为上门限电平 而两者的差值为 称 TL U 2TTRTLFOHOL UUURRUU T U 为门限宽度 其大小可通过调节的比值来调节 调节 RW4可改变参考电平 2F RR 也同时调节了上下门限电平 从而达到设定温度的目的 2 1 5 三极管及外围控制电路的设计 图2 1 5 三极管及外围控制电路的设计电路 差动放大器输出电压UO1经分压后A2组成的滞回比较器 与反相输入端的参考电 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输出正饱和 电压 三极管Q1饱和导通 三极管Q2反相截止 当同相输入端的电压信号小于反 UT R10 2 0M Q1 2N2712 Q2 2N2712 R11 1 0k R12 1 0k LED1LED2 VCC 12V K K1 EDR201A05 K K2 EDR201A05 2 4 1 7 8 9 10 丝 丝 丝 丝 丝 5 VCC 0 本科生课程设计 论文 12 相输入端的电压时 A2输出负饱和电压 三极管Q2饱和导通 三极管Q1反相截止 通过发光二极管LED1和LED2的发光情况 可见负载的工作状态为加热或制冷 当 同相输入信号等于或接近于反相输入端电压时 三极管Q1和Q2都截止 LED1和LED2 都熄灭 负载的工作状态为停止 2 2 12V 直流稳压电源的设计 直流稳压电源电路是由电源变压器 整流桥 滤波电路和三端稳压器等组成 的 该电路具有性能稳定 结构简单等优点 电源变压器是将电网220V的交流电 压变为所需的电压值送入整流电路 整流电路是将交流电压变成脉动的直流电压 滤波电路是把脉动的直流电压的文波加以滤掉 得到平滑的直流电压 三端稳压 器的作用是当电网电压波动 负载和温度变化时 维持输出直流电压稳定 图 2 2 12V 直流稳压电源电路 VT1 VT2 R1 1 0k C2 22uF R2 1 0k VD5 VD6 1 VT3 R3 22 R4 220 RP1 50 C4 470uF C1 470uF VD1 1N4007 VD2 1N4007 VD3 1N4007 VD4 1N4007 T V1 220 V 50 Hz 0Deg 2 3 5 6 9 13 15 4 12 14 8 7 本科生课程设计 论文 13 图 2 2 2 输出电压 UO 波形 本科生课程设计 论文 14 2 2 2 实物图 图中元件选择 T 为次级双路 12V 变压器 它将交流电从 220V 下降到几伏或几 本科生课程设计 论文 15 十伏 整流二极管 D1 D2 D3 D4采用 IN4007 C1 滤波电容选取大小 470 F 的电解电容 C4 为缓冲负载突变 选取大小为 470 F 的电解电容 C2 的作用为 消除三端稳压器可能发生的自激 应选无极性的金属膜或涤纶电容 对于三端固 定式集成稳压器 VT1 VT2 选用 2N5551 2N2222A 可得到 12V 的直流电压 这 样就得到了 12V 1A 12V 1A 两组电源 本科生课程设计 论文 16 第 3 章 电子温度控制器的整体电路设计 3 1 整体电路图及原理图 VT1 VT2 R1 1 0k C2 22uF R2 1 0k VD5 VD6 1 VT3 R3 22 R4 220 RP1 50 C4 470uF C1 470uF VD1 1N4007 VD2 1N4007 VD3 1N4007 VD4 1N4007 T V1 220 V 50 Hz 0Deg 2 3 5 6 9 7 13 14 15 11 12 10 0 R5 1K LIN Key A 50 R6 5k R7 4 32k R8 4 53k R9 3 32k R10 2 74k R11 2 15k R12 1 3k R13 1 87k R14 2 49k R15 1 43k R16 1k R17 886 R18 1 37k R19 2 5k R20 2 74k R21 3 01k R22 3 9k R23 4 32k R24 7 15k R25 4 64k R26 4k Uo2 26 27 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 25 24 2322 21 20 19 18 17 16 8 39 UT R27 2 0M Q1 2N2712 Q2 2N2712 R28 1 0k R29 1 0k LED1LED2 VCC 12V K K1 EDR201A05 K K2 EDR201A05 丝 丝 丝 丝 丝 49 48 47 46 45 VCC 44 43 42 41 0 40 R30 10k R31 10k Rw2 100K LIN Key A 50 R32 910k Rw3100K LIN Key A 50 VCC 12V VEE 12V R33 1 0M A1 741 3 2 4 7 6 51 UA UB UO VEE 57 56 55 0 54 53 52 51 50 VCC 本科生课程设计 论文 17 3 2 电路参数计算 测温电桥部分 当 Rt 滑到最上端 即热敏电阻在室温环境时 差模电压最小值 min 1231 1212 0 2202201001 BA Wt VCCVCCVV U RRRRRkkkk 当 Rt 滑到最下端 即热敏电阻在高温环境时 差模电压最大值 max 1231 1212 100 220220100160 BA Wt VCCVCCVV UmV RRRRRkkk 集成运算放大器的电源电压为 12V 所以差动放大电路放大的电压应该在 12V 到 12V 之间 假设放大的最大电压为 12V 则最大放大倍数 max max 12 120 100 BA VCCV Umv 因此我们选择放大倍数为 100 倍 即 72 4 100 W RR R 因此我们选择 100k 电位器 910k 和 10k 电阻 对于多级调温电路电阻阻值的计算 可以先设同一档位的电阻分别为 xk yk 中间电位器 RW4的电阻选择为 1k 时 则可以得到下面的方程 min12 max12 11 Vt xxy Vt xxy 通过该方程组就可以得到多级调温电阻阻值 具体阻值如表 3 2 所示 表3 2 多级调温电阻阻值 位置RkRlRmRnRoRpRqRrRsRuRv 阻值 K 54 324 533 322 742 151 31 872 491 431 位置RaRbRcRdReRfRgRhRiRj 阻值 K 0 8661 372 52 743 013 94 327 154 644 本科生课程设计 论文 18 3 3 整机电路性能仿真验证 假设需要控制温度在 53 则需要将拨码开关从左向右第 6 个开关闭合 电 路就接入了电阻 Re 和 Rp 调节 RW4使温度控制在 53 左右 调节电位器 Rt 使它 在 1K 即热敏电阻在温度为 25 的环境中 用电压表测量电压 Uo1 得到电压 如图 3 3 a 所示 并且 LED1亮 LED2灭 调节电位器 Rt 使它在 0 25K 即热 敏电阻在温度为 65 的环境中 用电压表测量电压 Uo1 得到电压如图 3 3 b 所 示 并且 LED1灭 LED2亮 图 3 3 a 25 环境电路电压 UO1 图 3 3 b 65 环境电路电压 UO1 本科生课程设计 论文 19 第 4 章 课程设计总结 通过本次数字电路的课程设计 使我掌握了一些芯片的使用方法 元件连线 通过本次数字电路的课程设计 使我掌握了一些芯片的使用方法 元件连线 电路焊接 如何使用电路焊接 如何使用 MultisimMultisim 软件等 课程设计能帮助我们掌握除了课本的理软件等 课程设计能帮助我们掌握除了课本的理 论知识外 更能帮助我们提高自己的动手实践能力 我们的学习定位于技术型本论知识外 更能帮助我们提高自己的动手实践能力 我们的学习定位于技术型本 科 所以我们也应该加强我们的实际应用能力 对于模拟电子这门课程 平时上科 所以我们也应该加强我们的实际应用能力 对于模拟电子这门课程 平时上 理论课可能会比较抽象 难以理解 所以课程设计通过实践让我们有了更深一步理论课可能会比较抽象 难以理解 所以课程设计通过实践让我们有了更深一步 的理解 在这两个星期中 我为能够准时完成任务而感到高兴 虽然过程中付出的理解 在这两个星期中 我为能够准时完成任务而感到高兴 虽然过程中付出 了相当的努力 找资料 做仿真 写报告 动手实践 甚至把手都烫糊了 但是了相当的努力 找资料 做仿真 写报告 动手实践 甚至把手都烫糊了 但是 看到自己的成果 我无比欣慰 这时值得的 回顾整个过程 实在是受益匪浅 看到自己的成果 我无比欣慰 这时值得的 回顾整个过程 实在是受益匪浅 本科生课程设计 论文 20 参考文献 1 康华光编著 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2006 1 2 周惠潮编著 常用电子元件及典型应用 电子工业出版社 2005 3 纽曼编著 电子电路设计与分析 模拟电子技术 清华大学出版社 2009 1 4 陈立万等编著 模拟电子技术基础及课程设计 西南交通大学出版社 2008 2 5 胡圣尧等编著 模拟电路应用设计 科学出版社 2009 8 6 稻叶保编著 模拟技术应用技巧 101 例 科学出版社 2006 1 7 王连英编著 基于 Multisim8 的电子仿真与实验设计 北京邮电大学出版社 2009 8 8 聂典等编著 Multisim8 原理仿真与 PowerPCB 5 0 1 印制电路板设计 电子工业出版社 2009 本科生课程设计 论