模电课程设计论文

辽宁工业大学模拟电子技术基础课程设计（论文）题目：电子温度控制器院（系）：技术学院专业班级：电气工程与其自动化学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：

课程设计（论文）任务与评语院（系）：工教研室：电子学号学生姓名专业班级课程设计题目电子温度控制器课程设计{论文>任务设计任务：现设计并制作能高精度电子温度控制器。设计电路所需的直流稳压电源。工作温度范围：25C—+85C精度10C设计要求：.分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标与应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。.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、成本的高低与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。.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。指导教件语与成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算电子式温度控制器（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、钨丝以与半导体（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。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章电子温度控制器的方案设计论证1\o"CurrentDocument"1.1电子温度控制器的应用意义1\o"CurrentDocument"1.2电子温度控制器的设计要求与设计参数1\o"CurrentDocument"1.2.1设计要求11.2.2设计参数1\o"CurrentDocument"1.3设计方案的论证2\o"CurrentDocument"方案一2\o"CurrentDocument"方案二2\o"CurrentDocument"1.4总体设计方案框图与分析3\o"CurrentDocument"第2章电子温度控制器的单元电路设计4\o"CurrentDocument"2.1温度监测与控制电路的4\o"CurrentDocument"2.1.1测温电桥的设计42.1.2差动放大电路的设计5\o"CurrentDocument"2.1.3多级调温电路9\o"CurrentDocument"2.1.4滞回比较器的设计10\o"CurrentDocument"2.1.5三极管与外围控制电路的设计11\o"CurrentDocument"±12V直流稳压电源的设计12\o"CurrentDocument"第3章电子温度控制器的整体电路设计16\o"CurrentDocument"3.1整体电路图与原理图16\o"CurrentDocument"3.2电路参数计算17\o"CurrentDocument"3.3整机电路性能仿真验证18\o"CurrentDocument"第4章课程设计总结19\o"CurrentDocument"参考文献20附录I器件清单21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与设计参数1.2.1设计要求分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标与应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。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、成本的高低与制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行力案。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。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技术参数现设计并制作能高精度电子温度控制器。设计电路所需的直流稳压电源。工作温度范围：25°C—+85°C。精度土1C。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伯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伯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总体设计方案框图与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。输出止负畀输出止负畀图1.4总体方案设计框图第2章电子温度控制器的单元电路设计2.1温度监测与控制电路2.1.1测温电桥的设计图2.1.1测温电桥电路如图2.1.1所示，由R、R、R、R与R组成测温电桥，其中R是温度传感器。123W1tt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。孔可决定测温电桥的平衡。热敏电阻R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t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°C-85°C，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。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差动放大电路如图2.1.2所示。由A与外围电路组成的差动放大电路，将测温电桥1输出电压罚按比例放大。其输出电压UO1当R4=R5当R4=R5，(R7+RW2)R~^hR4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UO1(U-U)BATemperatureSweep:14.4730mq144000m-•U.3250m-hj.14.2500m1—i二110250.0000L500XK伽二753.OWOL3l.OOOftmtime图2.1.2(1)温度与电压Uo的关系5LrIeziEezafare=2STeirpbescuxe=SS$1fratuxe=4S牝/IeEEexature=35axl19.4175a3S.3350C3B.S3-5CC3S.B350Dyi1^.2662id14.299113.332C0S1^.3648^x23EI.8330U77b6€99CI"7.6655077.6639D况H.26<52n14-299111.332DmU・3—max19-4175038-335003B.S35CO3S.83500由f2.9530e-014-7.3771e-0138.ISSOe-OlS-3.13^£e-0L^1/dx.51.5000k2S.75a0k2S.750C-k25.7500kl/dy33,8S3«T-1.3555T117,513-31.3333TminxCi.0000a.oooo0.0000D.dOODmaxx1-0000IDl-ELPE1.JOOC0Q1.0000^1rainy1日.？郭Win1^.2951X3.332C1O1-9.3618™¥14-299111.332Dm1^.36-16™otCserk0.0000a.oooo0.0000D.dOOC-—O£±SEtY0.-300D□uOOOO0.00DODin00D>il^■|

$1fTeraperature=6533.S35DO14-3976m77.6699a14.3976m38-e350n$1fTeraperature=6533.S35DO14-3976m77.6699a14.3976m38-e350n一4・4Q13&-01325.7500k-2-272IT0.00001.0000m14-3976iti14.3976m0.00000.0000§1/Temper己tu:r己=7533.8350口14.4305ie77.6699O14.4305IE33.83500-1.4211p25.7500k-703.6995G0.00001.OOOOie14.4305IE14.4305IE0.00000.Q000$1,Temperature=353S.S350n14-4633ifi77.6699Q14.4633m33.5350a1.0995e-01425.7500k90-953110.00001.0000m14-4633rri14.4633m0.0000Q.0000TOC\o"1-5"\h\z-55.0000tn-|-55.25OOni-W-315000m--55..75fflhn--5=6.OOOQm--沛颂OtnJ*上九_必土&.土_上上-56.SOCKhrn1■110250.0000Z500.0000□750.0000□l.OOfrftrritime图2.1.2(2)温度与电压Uab的关系$5,TerffieJatdre=25TeEperature=25£5,Te^£ia.cure-=350Te^peiatuie=35AX113.69S6D33.1339L■natqeinjn■m【炎汩i-1-56.337210-55.3123d-56.3433c.-55.284&nk227<W3E127.39730既叮汇78.277SC-55.311311-56.3马3茄-55・1跖囱QKla.s-aeea13.fiSS6C39.13S9Dg3・IwdnJdie-2,3136r-2-5923^-22.8€45d-25.0590bl/GK■ja.cccck；3.aO3Dk25.5500k25.55CCX1/ay-432.22E0G-3H5-9Q43G-43.7360G-39.9058GDlLek:.ccccO.OODD0.0000■:,0000HbcLXXi.ccccmi.aaoora1.oooami.ooccmieIiiy-5EJ戮知-55.9113n-5€.3433e-55-234S1Dmaxv-56.3372m一匚匚qT-56.3433E-55.23481Doffsetk0.0000a-aooo0.00000.0000offset,yC.CCC'jQ-QODD0.0000C--OOCC-<>.£

$5fTeirEezature^S|3rTen3perdtEie=jz5$5,Tenpez?ature=55?3rT已还已ram工已=5533.1339033.13=9053.13S9O59.L359D-弱・3弗血-55.25E4ffi-56.3556m-55.2321IG78.2779073.2779Q7e.2T79D73.2779Q-弱，3弗血-55.2584m-56.355.6ra-55.2321ID39.1389039.1359039.1339039.L3E9O-7.47S7E-014—.3833e-014--9.319BP-4.7155p25.550Dk25.55O0£25.550Dk25.55jGk-13.37121-12.€851T-23J.4914G-2L2.0652G0-00D0u.ODODO.QODOC'.DDOOl.DaODml.OODOmI.DaODml.ODjOm-56.3435id-55.253411-5€.355&b-55.2321m-55.2SE4jh-踞.3556m-S5.2322m0.00003.0000o.qodoO.ODODQ.aoaaD.ODODo.ooaci2.0200in£5.Ierrperature=65S3.Temreracure=65$5rTemrerati^re=75§3,Tei?iiE：eratLiTe=75A39.13S9E!39.-3BS039.13S9D39.13S9Q-EE・3617m-5S.20S7n-SG.SSTSn-55.1731m13.2779073.277507B.2773D73.27790-5€.3617ni-55.2D.57lD-56.3675n-55.17巧如33ul3S9Q39.13£cr|39-1329039-isegn-^7.7^Z3p-52.1063g-229.7DSEp-233.9915p25.55D3k25.5500k25.5500^25.5500k-20,945BG-19.1915G-4,5515G-4.1€^EG0.DOD0o.ooaoD.00002.0DQDI1G2.DDOCini.Dooani.ooaoD-5€.3617ni-55.2D57ID-56.367€n-55.17920-ESt3D17m-E5.2D57m-54m引5id-55-173Im0.OODO£LDDOO□.Doao0.0000O.ODDC-0■DOCOo.DoaoD.0000V<1二l「X35「Teirj:er31ylp&=3553rTeirperat.ure=?5A.39.1389C35.2309a-56.3727ra-55.2529rft7S.2779C7S.2775D-56.3727n3-55.2529m35.1385a39.L385a-i.aasse-ois-l.i0QQe-023■-=625.5500k25.5500k-9.9^24T-9.0923T0.00000.00001.0000ns2.0000ns-56.3727ns-55.2523m-56.3727re-55.2529m0.00000.00000.00000.0000M",|>'图2.1.2(3)UA与UB的关系2.1.3多级调温电路--7-%*Ci-L-亨•%.1.--7-%*Ci-L-亨•%.1.,L9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S「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°C—30'°C「30：C—35°C,35°C—40°C,40C—45C,45C—50C,50C—55C,55C—60C,60C—65C,65C—70C,70C—75C,75C—80C，80C—85C，共12个档位。调节电位器R即可在该档位内进行调节。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uoi输入由A2组成的滞回比较器。设比较器输出高电平为UH，输出低电平为UL，参考电压UR加在反相输入端。当输出为高电平UOH时，运算放大器同相输入端电位TOC\o"1-5"\h\zu=f—u+2——U+HR+RiR+ROH2F2F当u减小到使u+H=UR时，艮口u=U也=R2RRfUr-RUOHFF此后，只要u此后，只要u稍有减小i

当输出为低电平U0L时运算放大器同相输入端电位——2—UR——2—UR2+RfolR+Rf当u增大到使uL=Ur时，即

u=UTH=R2RRfUr-RUOLFF此后，只要ut稍有增加，输出就从低电平跳变为高电平。因此，UL和UTH为输出电平跳变时对应的输入电平，常称U况为下门限电平，UL为上门限电平，而两者的差值为史=U-U=R/R（U-U）。AUt称为门限宽度，其大小可通过调节RJrJt比值来调节。调节Rw4可改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从■而达到设定温度的目的。"2.1.5三极管与外围控制电路的设计VCC12Vu^^J期2.0MR111.0k业疽LED2<R12,1.0kQ12N2712K17EDR201A05加热丝风扇EDR201A05u^^J期2.0MR111.0k业疽LED2<R12,1.0kQ12N2712K17EDR201A05加热丝风扇EDR201A05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U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r压，三极管1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，三极管勺反相截止。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£和。2都截止，LED1和LED2都熄灭，负载的工作状态为停止。112.2±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。220V50Hz0Deg-^C1"T470uF-LC4470uF图2.2±12V直流稳压电源电路图2.2.2输出电压UO波形

图中元件选择：T为次级双路12V变压器，它将交流电从220V下降到几伏或几十伏。。整流二极管D、D、D、D采用IN4007,C1滤波电容选取大小470UF的1234电解电容，C4为缓冲负载突变，选取大小为470UF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)、(一12V,1A)两组电源。第3章电子温度控制器的整体电路设计3.1整体电路图与原理图12V49EDR201A053T220V50Hz0DegC4470uF38

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12V49EDR201A053T220V50Hz0DegC4470uF38TOC\o"1-5"\h\zU_VCC_VCC_12V_12V_0BAmin_R+R+R-R+R-2kQ+20kQ+220Q一100kQ+1kQ一W1231t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UBAmaxVCCVCC12V12VUBAmax__100mVR+R+RR+R2kQ+20kQ+220。100kQ+160。W1231t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PmaxVCCUBAmax12V

100mv_120因此我们选择放大倍数为PmaxVCCUBAmax12V

100mv_120P_7W2_100R

4因此我们选择100kQ电位器，910kQ和10kQ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xkQ,ykQ，中间电位器RW4的电阻选择为1kQ时，则可以得到下面的方程：(Vtmin12xx+y〈一Vtmax12—x+1x+y+1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/KQ54.324.533.322.742.151.31.872.491.431位置RaRbRcRdReRfRgRhRiRj阻值/KQ0.8661.372.52.743.013.94.327.154.6443.3整机电路性能仿真验证假设需要控制温度在53°C，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53C左右。调节电位器Rt使它在1KQ，即热敏电阻在温度为25C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LED】亮，LED2灭；调节电位器Rt使它在0.25KQ，即热敏电阻在温度为65C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°C环境电路电压UO1图3.3(b)图3.3(a)25°C环境电路电压UO1O1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，电路焊接，如何使用Multisim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。