模電課程設(shè)計(jì)---溫控裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以LM358電壓比較器和熱敏電阻為核心，讓熱敏電阻、10K電阻來(lái)組成的分壓電路，接LM358的反相輸入端。當(dāng)環(huán)境溫度大于或等于5℃時(shí)，熱敏電阻阻值減小，使反相輸入端電壓小于正向輸入端的參考電壓，從而使LM358輸出端輸出參考電壓，令LED發(fā)光,蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)警，提醒用戶及時(shí)采取措施。</p><p

2、>　　關(guān)鍵詞：熱敏電阻 溫度 電壓比較器 參考電壓</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　山東科技大學(xué)I</b></p><p><b>　　溫控裝置設(shè)計(jì)I</b></p><p><b>　　摘 要II

3、</b></p><p><b>　　目錄III</b></p><p>　　第一章 課題背景5</p><p><b>　　1.1 引言5</b></p><p>　　1.1.1 背景5</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)目的與意義5</p&

4、gt;<p>　　1.2 技術(shù)指標(biāo)5</p><p>　　1.3 主要工作6</p><p>　　第二章 元件介紹6</p><p>　　2.1 電壓比較器LM3586</p><p>　　2.1.1 電壓比較器的工作原理6</p><p>　　2.1.2 LM358的特點(diǎn)7</p

5、><p>　　2.1.3 LM358參數(shù)功能特性7</p><p>　　2.1.4 LM358內(nèi)部功能框圖8</p><p>　　2.2 熱敏電阻8</p><p>　　2.2.1 熱敏電阻原理8</p><p>　　第三章 方案論述11</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介11<

6、;/p><p>　　3.2 總體思路11</p><p>　　3.3 電路圖11</p><p><b>　　3.4 說(shuō)明12</b></p><p><b>　　3.5結(jié)論12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p

7、><p><b>　　第一章 課題背景</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p><b>　　1.1.1 背景</b></p><p>　　溫度是一個(gè)十分重要的物理量，對(duì)它的測(cè)量與控制有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展及人們對(duì)生活環(huán)境要求的

8、提高，人們也迫切需要檢測(cè)與控制溫度。</p><p>　　溫度控制電路在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。日常生活中也可以見到，如電冰箱的自動(dòng)制冷，空調(diào)器的自動(dòng)控制等等。利用熱敏電阻器制作一個(gè)溫度報(bào)警器，可通過(guò)調(diào)節(jié)微調(diào)電位器的阻值，改變電壓比較器正向輸入端的參考電壓，可以改變電路報(bào)警時(shí)的溫度。</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)目的與意義 </p><p>　

9、　本文通過(guò)采用熱敏電阻作為敏感元件的溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作，闡明了該裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作的具體過(guò)程及方法。這種溫度報(bào)警器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由溫度控制部件和報(bào)警器兩部分組成，可操作性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。工作時(shí)，溫度測(cè)量范圍為-30℃～110℃。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，利用熱敏電阻的特性，采集電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警裝置，立刻發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而防止因溫度升高而帶來(lái)的不必要的損失。</p><p><b>　　1.2 技術(shù)指標(biāo)<

10、/b></p><p>　　1）輸入電壓范圍為5-7V</p><p>　　2）輸入?yún)⒖茧妷簽?-4.6V</p><p>　　3) 輸出電壓為 2.2V</p><p>　　4）溫度測(cè)量范圍為-30℃～110℃</p><p><b>　　1.3 主要工作</b></p>&

11、lt;p>　　根據(jù)指標(biāo)設(shè)計(jì)溫度控制報(bào)警電路。</p><p>　　完成設(shè)計(jì)的焊接以及調(diào)試工作</p><p><b>　　第二章 元件介紹</b></p><p>　　2.1 電壓比較器LM358</p><p>　　2.1.1 電壓比較器的工作原理</p><p>　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，電壓比

12、較器是對(duì)兩個(gè)模擬電壓比較其大小(也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹)，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如圖1所示。圖1(a)是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端(“+”端)及反相輸入端(“-”端)，有一個(gè)輸出端Vout(輸出電平信號(hào))。另外有電源V+及地(這是個(gè)單電源比較器)，同相端輸入電壓VA，反相端輸入VB。VA和VB的變化如圖1(b)所示。在時(shí)間0～t1時(shí)，VA>VB；在t1～t2時(shí)，VB>VA；在t2～t3時(shí)，VA>

13、VB。在這種情況下，Vout的輸出如圖1(c)所示：VA>VB時(shí)，Vout輸出高電平(飽和輸出)；VB>VA時(shí)，Vout輸出低電平。根據(jù)輸出電平的高低便可知道哪個(gè)電壓大。</p><p>　　2.1.2 LM358的特點(diǎn)</p><p>　　LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦

14、的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。LM358 的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 　　</p><p>　　2.1.3 LM358參數(shù)功能特性 　</p><p><b>　　內(nèi)部頻率補(bǔ)償</b></p><p>　　直流電壓增益高(約100d

15、B)</p><p>　　單位增益頻帶寬(約1MHz)</p><p>　　電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)　　</p><p>　　雙電源(±1.5 一±15V)</p><p>　　低功耗電流，適合于電池供電 </p><p>　　2.1.4 LM358內(nèi)部功能框圖</p>

16、<p>　　圖1 內(nèi)部功能框圖</p><p><b>　　2.2 熱敏電阻</b></p><p>　　2.2.1 熱敏電阻原理</p><p>　　NTC是Negative Temperature Coefficient 的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，所謂NTC熱敏電阻器就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電

17、阻器。它是以錳、鈷、鎳和銅等金屬氧化物為主要材料， 采用陶瓷工藝制造而成的。這些金屬氧化物材料都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，因?yàn)樵趯?dǎo)電方式上完全類似鍺、硅等半導(dǎo)體材料。溫度低時(shí)，這些氧化物材料的載流子（電子和孔穴）數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。NTC熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在10O～1000000歐姆，溫度系數(shù)-2%～-6.5%。NTC熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流、測(cè)溫、控溫

18、、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妗?</p><p>　　2.2.2 熱敏電阻的R-T特性</p><p>　　NTC熱敏電阻的溫度特性可用下式近似表示：</p><p>　　式中： RT：溫度T時(shí)零功率電阻值。 A：與熱敏電阻器材料物理特性及幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)?！?B：B值。 T：溫度（k）。

19、 更精確的表達(dá)式為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　RT：熱敏電阻器在溫度T時(shí)的零功率電阻值?！　　?T：為絕對(duì)溫度值，K；　　　 A、B、C、D：為特定的常數(shù)。</p><p>　　NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻R-T特性 </p><p>　　B 值相同， 阻值不同的

20、R-T 特性曲線示意圖</p><p>　　相同阻值，不同B值的NTC熱敏電阻R-T特性曲線示意圖</p><p><b>　　第三章 方案論述</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)能根據(jù)周圍的溫度變化發(fā)出警報(bào)提醒用戶采取措施，它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：&l

21、t;/p><p>　?、伲嚎赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)電位器電阻值來(lái)改變輸入?yún)⒖茧娢?，即改變?bào)警時(shí)的溫度。</p><p>　?、冢罕驹O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用，在日常生活中能廣泛運(yùn)用。</p><p><b>　　3.2 總體思路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以LM358電壓比較器和熱敏電阻為核心，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，熱敏電阻減小，即反相輸入電壓減小

22、，使得反相輸入電壓小于正向輸入的參考電壓，從而使LM358輸出端輸出正向參考電壓，令LED亮,蜂鳴器響起報(bào)警，提醒用戶及時(shí)采取措施。</p><p><b>　　3.3 電路圖</b></p><p><b>　　3.4 說(shuō)明</b></p><p>　　電路圖中，電源電壓為4節(jié)5號(hào)電池組成，即輸入電壓為6V。R1、R4、

23、R5為普通電阻器，阻值分別為4.7K、12K、10K，R2為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在溫度為25℃時(shí)阻值為10K，在5℃時(shí)約為22K。調(diào)節(jié)變阻器，使其阻值固定在26K。當(dāng)溫度小于5℃時(shí)，R2的阻值大于22K，電壓比較器的反相輸入端電位高于同相輸入端電位，輸出低電平，LED不亮；當(dāng)溫度大于5℃時(shí)，R2的阻值小于22K ，電壓比較器的反相輸入端電位高于同相輸入端，輸出高電平，LED亮，蜂鳴器響起。從而實(shí)現(xiàn)超過(guò)5℃時(shí)的報(bào)警功能。</p>

24、;<p>　　這樣一個(gè)溫控系統(tǒng)，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)其中的變阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同溫度的報(bào)警。</p><p><b>　　3.5結(jié)論</b></p><p>　　溫度的調(diào)控能力和傳感器的反應(yīng)速度有非常大的關(guān)系。如果溫度傳感器對(duì)溫度的敏感速度非常低，控制器就無(wú)法及時(shí)得在欲控制溫度處停止降溫，這樣就起不到控制溫度的目的了。LM358的反應(yīng)速度也不是非?？?，當(dāng)用熱水進(jìn)行

25、試驗(yàn)的時(shí)候，溫度滯后可以達(dá)到3到4度。于是使其貼附在散熱片上，這樣它對(duì)溫度的反應(yīng)速度才提高到控制精度為1度以內(nèi)。</p><p>　　然而，如果控制的密室溫度上升速度再快點(diǎn)，或者密室再大點(diǎn)，控制的精度就又會(huì)降下來(lái)的。因此，在溫度傳感器方面必須進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)意見是加大傳感器的表面積，或者是跟換效果更好的傳感器，這樣就會(huì)在更苛刻的條件下也可以有較大的精度了。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)使

26、我有了一次通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實(shí)學(xué)到的知識(shí)其實(shí)是次要的，重要的是我們探索知識(shí)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程便是一個(gè)人自主學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)，它將影響著我們今后的發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].第三版.北京:高等教

27、育出版社,2001．</p><p>　　[2] 何道清，張禾，湛海云.傳感器與傳感器技術(shù)[M].第二版.科學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[3] 吳建品.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[4] 郁有文,常建,程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004.</p>

28、<p>　　[5] 周四春,吳建品.傳感器技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京:原子能出版社,2007.</p><p>　　[6] 唐賢遠(yuǎn),劉岐山.傳感器原理及應(yīng)用[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2000.</p><p>　　[7] 朱清慧,張鳳蕊等. Proteus教程[M]. 第1版.北京:清華大學(xué)出版社,2008．</p><p>　　[8]

29、 邱關(guān)源,羅先覺.電路[M].第五版.北京:高等教育出版社,2006.</p><p>　　[9] 王志功，朱恩 ，陳瑩梅.集成電路設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[10] 周潤(rùn)景，張麗敏等. Altium Designer完全電路設(shè)計(jì)[M].第1版.成都:電子工業(yè)出版社，2009.</p><p>　　附錄1 總電路原理圖</p