《电工电子基本技能训练》 课件 3-3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务引入

在电气控制柜的散热系统中，风扇散热控制是确保电路板不超温的常见方法。通常，通过构建以热敏电阻和三极管为核心的电路来实现风扇的启停控制。然而，该传统电路设计存在一定的局限性：温度的微小波动会导致风扇频繁地启动与停止，这种频繁切换对电路的稳定性和使用寿命产生负面影响。因此，有必要引入一种温度控制机制，通过设定特定的温度区间来优化风扇的启停行为。

本任务要求熟悉三极管、继电器和集成运算放大器的特点、原理、识读与检测方法，掌握电气控制柜风扇散热控制电路的工作原理，并完成电路的安装与调试。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试相关知识：一、电气控制柜风扇散热控制电路电气控制柜风扇散热控制电路原理图如图所示。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试电气控制柜风扇散热控制电路包含温控电路、温度回差电路、风扇输出电路。温控电路由LM358、NTC热敏电阻R1、电阻器R2、R3、R4和电容器C构成。电路供电电压为12V，12V的电压通过R1、R2两个电阻进行分压，能够在节点A点得到6V的电压，这个电压将作为基准电压。同时，12V电压经过R3、R4分压，在节点B（LM358同相输入端）得到8V的电压。此时，同相输入端的电压高于反相输入端的电压，所以运算放大器输出高电平。对于PNP管来说，高电平会使其截止，继电器断开，风扇也就不会运转。当环境温度上升到50℃时，NTC热敏电阻的阻值开始下降，这会导致LM358反相输入端的电压上升。一旦反相输入端的电压大于8V，运算放大器就会输出低电平。这个低电平经过限流电阻R6后，能够使三极管V1导通，继电器吸合，风扇便开始转动进行降温。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

当温度下降时，热敏电阻的阻值上升，反相输入端的电压随之下降，很快就会降至8V以下，继电器断开，风扇停止运行。当温度再次上升时，又会重复上述过程，这就造成了风扇的频繁启停。为了避免出现这种情况，电路设置了温度回差电路。当风扇启动时，电路输出低电平，这个低电平通过二极管V3，并结合R6、R5电阻的串联与并联，能够使节点B的电压下降到7V左右。在这种情况下，只要节点A的电压不低于7V，运算放大器就会保持输出低电平，风扇保持运行；只有当节点A的电压低于5V时，运算放大器才会输出高电平，使三极管V1截止，继电器断电，风扇停止运行。

当温度慢慢回升到50℃时，电路的状态会发生翻转，恢复到初始状态。在风扇启动输出低电平时，基准电压从8V下降到7V，这就为风扇的运转提供了一个特定的温度区间。在25~40℃这个温度区间内，风扇能够正常工作；一旦超过这个区间，风扇就会停止运转，并恢复到初始状态。整个电路通过输出状态的改变来调整基准电压，利用温度回差控制风扇在一定温度区域内的启停。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

相关知识：二、三极管简介1.三极管的分类

三极管可按照结构工艺、制造材料、允许耗散功率、工作频率等进行分类，见表。分类具体类型按结构工艺分PNP型三极管、NPN型三极管按制造材料分锗三极管、硅三极管等按允许耗散功率分小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管按工作频率分低频三极管、高频三极管任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

2.三极管的三种工作状态

三极管在电路中主要是利用三种工作状态构建电流放大电路和开关电路。NPN型三极管的三种工作状态及应用见表。工作状态截止放大饱和工作条件发射结反偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结正偏特点IB=0集电极仅有很小的漏电流ICEO，称为穿透电流IC=βIBIC不受IB控制应用开关电路的“断开”状态放大电路开关电路的“闭合”状态任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

3.由三极管构成的简单放大电路

简单放大电路由三极管V，电阻器RB1、RB2、RE、RC，电容器C1、C2、CE组成，如图所示。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

电路中RB1为上偏置电阻器，RB2为下偏置电阻器。电源VCC经电阻器RB1、RB2分压后为三极管提供基极电压。RC为集电极电阻器。RE为发射极直流负反馈电阻器，用于稳定静态工作点。CE为交流旁路电容器，可以提高电路的交流增益。

在输入端接入交流电压，其被叠加在基极的直流电压上，经三极管放大后得到集电极输出电压波形，电压幅度有较大增加，且相位相差180°，如图所示。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

相关知识：三、集成运算放大器简介

集成运算放大器（简称集成运放）相当于一个高性能的多级放大器，它是一种通用性很强的功能器件。几种常见的集成运算放大器外形及电气符号如图所示金属圆壳式

双列直插式

贴片式

电气符号任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

1.集成运算放大器的分类

集成运算放大器可按多种方式进行分类，常见的分类方法见表。具体类型通用型集成运算放大器高精度型集成运算放大器高速型集成运算放大器高输入阻抗型集成运算放大器低功耗型集成运算放大器说明具有中等增益和带宽，适用于一般的信号放大、处理等常规应用，如μA741等，其性能指标能满足大多数普通电路的要求，价格相对较低，应用广泛具有低失调电压、低失调电流、低温漂等特点，能精确地放大微弱信号，常用于对精度要求较高的测量仪器、传感器信号放大等领域，如OP07等具有较高的转换速率和较宽的带宽，能够快速跟踪变化的输入信号，适用于处理高频信号或快速变化的信号，如视频信号放大、高速数据采集系统等，例如AD8009等输入阻抗非常高，通常采用场效应管作为输入级，可减小对输入信号源的负载效应，适用于输入信号源内阻较高的场合，如测量高内阻传感器的信号等，例如LF356等在工作时消耗的功率非常小，适用于对功耗有严格要求的电路，如电池供电的便携式设备等，例如TLC2272等按性能指标分类任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

具体类型双极型集成运算放大器场效应管型集成运算放大器Bi-MOS型集成运算放大器说明采用双极型晶体管工艺制造，具有较高的增益、较好的线性度和速度，但输入阻抗相对较低，功耗较大利用场效应管的特性制造，输入阻抗高、噪声低，尤其适用于高输入阻抗、低噪声的应用场景，但增益和速度可能相对双极型略低结合了双极型晶体管和MOS场效应管的优点，既有双极型晶体管的高增益和高速特性，又有MOS场效应管的高输入阻抗和低功耗特性，性能较为优越，常用于一些对综合性能要求较高的电路中按工艺分类任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

具体类型单运放双运放四运放说明一个集成芯片中只包含一个运算放大器，如LM321中的一个通道，适用于单一信号处理的简单电路一个集成芯片内集成了两个独立的运算放大器，如LM358，它有两个运算放大器通道，可同时处理两路信号，常用于需要两个独立运放且对空间要求较高的电路中，能节省电路板空间一个集成芯片内包含四个独立的运算放大器，如LM324，可同时对四路信号进行处理，广泛应用于需要多个运放的复杂电路中，能进一步提高集成度，减少芯片数量和电路板面积按通道数分类任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

2.集成运算放大器LM358

本电路采用集成运算放大器LM358实现电压比较功能。

双运算放大器LM358内部包括两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。它广泛应用于模拟电路设计中，如信号放大、滤波、比较、积分、微分等。LM358外形

任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

LM358引脚如图所示。1-运算器1输出

2-运算器1反相输入

3-运算器1同相输入

4-接地5-运算器2同相输入

6-运算器2反相输入

7-运算器2输出

8-电源任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

3.集成运算放大器的检测方法方法一：将万用表置于R×100或R×1k挡，分别测量集成运算放大器同相输入端间的正、反向电阻，各引脚对输出端间正、反向电阻，各引脚对电源端及接地端正、反向电阻，所测得的值与同型号集成运算放大器的正常值相比较应较为接近，如差距很大，甚至出现短路或断路现象，一般是集成运算放大器损坏。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

方法二：将集成运算放大器接成电压跟随器，如图所示。接通电源，用万用表直流电压挡测量输出电压。调节RP，输出电压应能在0~VCC范围内变化，如果调节RP时输出电压不变或变化很小，说明集成运算放大器已损坏。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

相关知识：四、继电器简介1.常用继电器的分类继电器是一种电子控制装置，由控制回路（亦称输入回路）和被控制回路（亦称输出回路）两个部分组成。它广泛应用于自动控制领域，本质上是一种利用较小电流来操控较大电流的“自动开关”。分类形式类别按工作原理分电磁继电器（交流、直流）、固态继电器、磁保持继电器、热继电器、时间继电器、光继电器按负载类型分小功率继电器、中功率继电器、大功率继电器按输入控制方式分电压控制型继电器、电流控制型继电器、光耦隔离型继电器按输出形式分常开型继电器、常闭型继电器、转换型继电器按安装形式分PCB安装型继电器、导轨安装型继电器、插座安装型继电器任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

2.电磁继电器

本任务使用的电磁式双位继电器的外形和内部结构如图所示。

外形

内部结构任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

电磁继电器一般由铁芯、线圈、弹簧、衔铁、触点等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁吸力作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁吸力也随之消失，衔铁在弹簧的拉力下返回原来的位置，使动触点与原位的静触点（常闭触点）吸合，这样吸合、释放，从而达到接通、切断电路的目的。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

电磁继电器的引脚符号及说明见表。引脚符号引脚说明

1-3线圈2-5常闭触点2-4常开触点任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务实施一、任务准备

根据任务需要，按照实训器材清单（见表）准备好相应的工具、仪器仪表、元器件和材料，设置好安全防护措施。类别准备内容工具

内热式电烙铁、烙铁架、锉刀、镊子、斜口钳、吸锡器仪器仪表

万用表、电流表、信号发生器、双踪示波器元器件及设备

电阻器（5个）、NTC热敏电阻（1个）、电容器（1个）、三极管（9012，1个）、二极管（1N4148、1N4007各1个）、集成运算放大器LM358（1个）、8脚插座（1个）、电磁继电器（1个）、风扇（1个）、直流稳压电源（1台）材料

松香、焊锡丝、导线、万能板任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务实施二、识读与检测元件1.识读与检测三极管常用三极管的封装形式和引脚排列见表。类型大功率金属封装三极管小功率金属封装三极管中功率塑料封装三极管小功率塑料封装三极管图示任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试1.三极管的识读与检测（1）判别三极管的管型

利用PN结的正向导通、反向截止特性可以判别三极管的管型。

将万用表拨至R×100（或R×1k）挡，将黑表笔固定接三极管的某引脚，红表笔分别接另外两引脚，如图所示，测得一组（两个）电阻值；将黑表笔依次换接三极管其余两引脚，重复上述操作，又测得两组电阻值。将测得的三组电阻值进行比较，若某一组中的两个电阻值都很小，则说明被测三极管是NPN型。

采用同样的方法，用红表笔接三极管的某引脚，黑表笔分别接另外两引脚，测得三组电阻值，若某一组中的两个电阻值都很小，则说明被测三极管是PNP型。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

（2）判别三极管的极性准备判别三极管的基极判别三极管的发射极和集电极任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试2.识读与检测集成运算放大器LM358（1）LM358的引脚识别LM358通常有双列直插式（DIP）和表面贴装式（SOP）等封装。DIP封装的引脚间距较大，便于手工焊接和在实验电路中使用；SOP封装则适用于高密度的电路板设计，能节省空间。

以常见的8引脚DIP封装为例，其引脚排列有一定规律，1脚、2脚和3脚分别是第一运算放大器的输出端、反相输入端和同相输入端；5脚、6脚和7脚分别是第二运算放大器的同相输入端、反相输入端和输出端；4脚为接地端，8脚为正电源端。在实际应用中，需根据具体的电路连接要求正确连接各引脚。任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

（2）LM358的检测外观检测电源引脚检测输入/输出引脚检测

首先检查LM358的外观是否有损坏，如引脚是否弯曲、折断，封装是否有裂缝等。若发现外观有问题，可能会影响其性能甚至导致无法正常工作

使用万用表的直流电压挡测量LM358的电源引脚（4脚接地，8脚接正电源）之间的电压，确保电压在其规定的工作范围内，若电压异常，可能是电源电路存在问题，会影响LM358的正常工作

在电路通电的情况下，可以通过测量输入、输出引脚的电压来初步判断LM358的工作状态。例如，当输入信号为零时，输出电压理论上应为接近电源电压的一半（在理想情况下）。若输出电压偏离正常范围，可能是芯片本身损坏或外围电路存在故障。也可以给芯片输入一个已知的信号，然后测量输出信号，观察其是否按照预期进行放大或处理任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试通过以上识读与检测方法，可以对集成运算放大器LM358进行基本的了解和故障排查，确保其在电路中能够正常工作。短路与开路检测性能测试

使用万用表的电阻挡分别测量LM358各引脚之间的电阻，检查是否存在短路或开路情况。正常情况下，引脚之间的电阻值应符合一定的规律，若出现异常的电阻值，如无穷大（开路）或接近零（短路），则说明芯片可能存在问题。但需要注意的是，在测量各引脚之间的电阻时，应先将芯片从电路中取下，以免外围电路对测量结果产生干扰

如果条件允许，可以使用专业的测试设备，如示波器、信号发生器等、对LM358的性能进行全面测试。例如，通过输入不同频率和幅度的信号，观察输出信号的波形、幅度和相位等，来评估其放大倍数、带宽、失真度等性能指标是否符合要求任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试

3.继电器的检测测量触点电阻测量线圈电阻测量吸合电压/吸合电流测量释放电压/释放电流

用万能表的电阻挡测量常闭静触点与动触点的电阻值应为0，常开静触点与动触点的电阻值为无穷大，由此可以区别出哪个是常闭静触点，哪个是常开静触点

可用万能表R×10挡测量继电器线圈的电阻值，从而判断该线圈是否存在开路

用可调稳压电源给继电器输入一组电压，并在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次取平均值

也是像上述那样连接测试，当继电器吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器释放声音时，记下此时的电压和电流，可尝试多次取平均值。一般情况下，继电器的释放电压约为吸合电压的10％～50％，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压），则继电器不能正常使用，这会对电路的稳定性造成威胁，工作不可靠任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试任务实施三、安装与调试电路1.元器件引脚成形元器件两引脚元件卧式成形两引脚元件立式成形三引脚元件成形集成运算放大器成形继电器成形图示任务3电气控制柜风扇散热控制电路的安装与调试2.安装电路绘图安装电阻R2~R6安装二极