-NTC温度监测及控制电路

1、大庆石油学院课程设计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 学0601140215指导教师徐建军高金兰2009年6月29日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100Q /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

2、 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

3、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 34单元电路的设计3.4.1 含有热敏电阻的桥式放大电路 31、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61、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101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100Q /2W的电阻元件作为加热装置。(3)、设计温度检测电路和温

4、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2.3 基本原理基本原理框图如图

5、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* * Vdd4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

6、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. 5V18V;最大士作电流200mA; 最大输出电流可达1mA;输出阻抗400Q;测温范围-55C+ 125C；温度测量精 度BC。TC620的实际结构框图如图2所示。A1A2及Ci组成低于温度下限报警的输 出，Ai、A3及C2组成高于温度上限报警的输出。Ci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） =0.59972.1312X 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

7、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包 温精度确定，如23CO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23c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， 具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

8、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Uoi经分压后A2组成的滞回比较器，与反向输入端的 参考电压U r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R、R2、R3、Rw1及Rt组成测温电桥，其中R

9、t是温度传感 器。具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。100/2W图3测温电桥电路2、差动放大电路如图4所示，由Al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。具输出电压）UbN ,R7RW2R4R7RW2、/R6U°l（R ）Ua（ R ）（R R当 R4=R5,（R7 + RW2）=R6 时uoi.rl1Bw2（ub-ua）（1）R4RW3用于差动放大器调零。可见差动放大电路的输出电压Uoi仅取决于二个输入电压之差

10、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Uoi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 Uoh,输出低电 平为Uql,参考电压Ur加在反相输入端。当输出为高电平Uoh时，运放同相输入端电位U = RFUi + RUoh（2）R2 RfR2 Rf当Ui减小到使U+h = Ur,即Ui =Utl = R2 + RfUr_®Uqh（3）RfRf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Uol时，运放同相输入端电位R2RfRUiRfR2R2RfUql(4)当Ui增大到使U+l=Ur,即

11、(5)U =U R-U- -2UiTH-" R " OLRfRf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Ut=UtrUtl = ®(U°h -Uol)(6)Rf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

12、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。U02图7输出警报和控制电路+ UccO+ 12V100/2W4.4 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：U 01=RUAA LR(OU(8)于是UoU，U；=g-鸟UR(R R6)A (9)设计要求差动放大电路可将 A、B点电压差4U按比例放大即令（10）R(Rw2R R) _ RW2R7R(R Q).R4可得 R = Rw2 . R选取 R4=R5=10KQ , R6=1M Q , R7=910KQ ,则Rw2 = R6-R7 =90KQ2、桥式测温放大电路将差动

13、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1KQ的热敏电阻，R=100KQ, R2=20KQ, Rs=220K Q , 选定室温为平衡温度，如图3所示，即要求Ua-Ub=0oR1RRw1R2R3可得，Rw1R1R3- - R2=21.98KQ R3、滞回比较器如图8设定参考电平Ur=2V,运算放大器A2选为pA741。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212Uoh=+13VoR10RW4Ur=R kR10、zttRsUol = 2.15VR11求得，Rv4=16KQ,RSR1

14、1上门限电压Uth= S -UrR11下门限电压UtlRsR11 u R -0u 0H = 1.89VR11R11门限宽度Ut=UthUtl=®(Uoh Uol )= 0.26VR115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。方案一电路使用集成元 件相对来说比较简单。2、在方案二的设计中

15、，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。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.Dn2CW23PRa 20KQRw 110KQ100KQ 卜100 口附录+ Ucc1 KfiRt 6V100/2WA RiRws100KHR7 910KQ10K£ R5 iokqJ1R3J22OQR61MQAi + +UnUoi 10KQ+RnRg 1 K12R w4 100KRio1 KQRs+ 12VR 12UoD2MQRL3 1 KLEDKA3DG12Rwj 100KiMfl-Ucc-12V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