模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目基于LM358的溫度控制系統(tǒng)授課教師xxx學(xué)生姓名崔xx呂xx李x學(xué)號(hào)xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx專業(yè)10級(jí)電子信息工程教學(xué)單位物理系完成時(shí)間2023.5.30-2023.6.26目錄目錄……………………1摘要……………………21設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求…………………21.1.設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求……………21.2.設(shè)計(jì)分析………………………21.3.設(shè)計(jì)框圖………………………22.溫度檢測(cè)模塊………………………22.1.NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻……………………32.2.溫度檢測(cè)過程分析…………53.溫度比擬模塊………………………83.1.實(shí)現(xiàn)功能分析…………………83.2.比擬器件的選用………………83.3控制過程分析…………………84.溫度調(diào)節(jié)模塊……………………104.1調(diào)節(jié)功能分析…………………104.2溫度調(diào)節(jié)過程………………104.3.繼電器選用…………………104.4.三極管選用選用……………115.系統(tǒng)方案總結(jié)與體會(huì)……………116.系統(tǒng)所需元件列表………………127.參考文獻(xiàn)…………13摘要隨著資源的消耗、浪費(fèi)，人們?cè)趯ふ倚履茉吹耐瑫r(shí)越來越重視節(jié)約能源。因此恒溫控制在生活和工業(yè)生產(chǎn)中越來越常見，在生活中最常見的莫過于浴室內(nèi)的水溫恒溫控制，此設(shè)計(jì)根本功能就是實(shí)現(xiàn)水溫控制。溫度的采集離不開傳感器，傳感器可以將環(huán)境的變化通過電壓、電流或電阻等電量表達(dá)出來，電量的處理對(duì)于我們來說比擬方便。此設(shè)計(jì)用的是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為傳感器，通過電阻分壓的形式采集電壓量在利用模電上的窗口比擬器根據(jù)要求設(shè)定電壓范圍，窗口比擬器的輸出作為調(diào)節(jié)電路的啟動(dòng)信號(hào)。此調(diào)溫系統(tǒng)也可用于其他需要控溫的環(huán)境下。關(guān)鍵詞：NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻窗口比擬器恒溫控制設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求此設(shè)計(jì)是利用所學(xué)過的熱敏電阻和窗口比擬器知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)能夠完成對(duì)水溫進(jìn)行恒溫控制的簡(jiǎn)易電路。能利用熱敏電阻采集環(huán)境溫度，將采集到的參量與設(shè)定的溫度參量進(jìn)行比擬，假設(shè)環(huán)境溫度在設(shè)定溫度范圍之外就啟動(dòng)相應(yīng)的控制電路進(jìn)行加溫或降溫。1.2設(shè)計(jì)的分析此電路系統(tǒng)分為溫度檢測(cè)模塊、溫度比擬模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊三個(gè)根本模塊，溫度檢測(cè)模塊測(cè)量環(huán)境溫度將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓量作為溫度比擬模塊的輸入信號(hào)，溫度比擬模塊判斷輸入量是否在允許范圍內(nèi)，假設(shè)超出范圍啟動(dòng)調(diào)節(jié)模塊相應(yīng)電路來升溫或降溫，在調(diào)溫期間對(duì)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，假設(shè)參量在允許范圍內(nèi)那么不動(dòng)作。檢測(cè)溫度模塊1.3設(shè)計(jì)框圖檢測(cè)溫度模塊溫度調(diào)節(jié)模塊溫度比擬模塊溫度調(diào)節(jié)模塊溫度比擬模塊溫度檢測(cè)模塊2.1溫度檢測(cè)過程分析溫度控制模塊利用NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的特性搭建而成，NTC熱敏電阻組織與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表2—1表2—1NTC熱敏電阻R/T對(duì)照表型號(hào):mfh103-3950T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)-20.095.337020.512.213861.02.3820-19.592.655921.011.942561.52.3394-19.090.058021.511.677862.02.2977-18.587.540622.011.419862.52.2568-18.085.100922.511.168163.02.2167-17.582.736423.010.922763.52.1775-17.080.444523.510.683464.02.1390-16.578.222724.010.449964.52.1013-16.076.068924.510.222265.02.0644-15.573.980625.010.000065.52.0282-15.071.955825.59.783366.01.9928-14.569.992326.09.571866.51.9580-14.068.088126.59.365567.01.9240-13.566.241227.09.164267.51.8906-13.064.449927.58.967768.01.8579-12.562.712228.08.776068.51.8258-12.061.026428.58.588969.01.7944-11.559.390829.08.406369.51.7636-11.057.803829.58.228170.01.7334-10.556.263930.08.054170.51.7037-10.054.769430.57.884271.01.6747-9.553.318931.07.718471.51.6462-9.051.911131.57.556572.01.6183-8.550.544532.07.398572.51.5910-8.049.217832.57.244273.01.5641-7.547.929833.07.093573.51.5378-7.046.679233.56.946374.01.5120-6.545.464934.06.802674.51.4867-6.044.285634.56.662275.01.4619-5.543.140335.06.525175.51.4375-5.042.027935.56.391276.01.4136-4.540.947436.06.260476.51.3902-4.039.897836.56.132677.01.3672-3.538.878037.06.007777.51.3447-3.037.887337.55.885878.01.3225-2.536.924638.05.766678.51.3008-2.035.989238.55.650179.01.2795-1.535.080139.05.536379.51.2586-1.034.196539.55.425180.01.2381-0.533.337840.05.316480.51.21800.032.503040.55.210281.01.19830.531.691541.05.106481.51.17891.030.902641.55.004982.01.15991.530.135542.04.905782.51.14122.029.389642.54.808883.01.12292.528.664443.04.714083.51.10503.027.959043.54.621384.01.08733.527.273044.04.530784.51.07004.026.605844.54.442185.01.05304.525.956745.04.355485.51.03635.025.325445.54.270786.01.01995.524.711146.04.187886.51.00386.024.113546.54.106887.00.98806.523.532047.04.027587.50.97257.022.966147.53.950088.00.95737.522.415448.03.874288.50.94248.021.879548.53.800089.00.92778.521.357949.03.727589.50.91339.020.850249.53.656590.00.89919.520.355950.03.587090.50.885210.019.874750.53.519091.00.871510.519.406351.03.452591.50.858111.018.950251.53.387592.00.845011.518.506052.03.323892.50.832012.018.073552.53.261593.00.819312.517.652353.03.200593.50.806813.017.242153.53.140894.00.794513.516.842654.03.082494.50.782514.016.453454.53.025295.00.770714.516.074355.02.969295.50.759015.015.704955.52.914496.00.747615.515.345056.02.860896.50.736416.014.994456.52.808297.00.725316.514.652857.02.756897.50.714517.014.319857.52.706598.00.703817.513.995458.02.657298.50.693318.013.679258.52.608999.00.683118.513.371059.02.561699.50.672919.013.070559.52.5153100.00.663019.512.777760.02.470020.012.492260.52.4255將熱敏電阻與10K的R3形成串聯(lián)分壓，將熱敏電阻分得的電壓作為溫度比擬模塊的輸入信號(hào)。R7、RV1與R1構(gòu)成的串聯(lián)分壓電路設(shè)定了溫度的上線為45℃，R8、RV2與R2構(gòu)成的串聯(lián)分壓電路設(shè)定了溫度的下線為25℃。其電路圖如圖2-1圖2-1溫度檢測(cè)電路2.2熱敏電阻NTCNTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻工作原理NTC是NegativeTemperatureCoefficient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NTC熱敏電阻器廣泛用于測(cè)溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妫甆TC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻構(gòu)成NTC〔NegativeTemperatureCoeff1Cient〕是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)〔NTC〕的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料．NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為：RT=RNexpB(1/T–1/TN)。式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù)．陶瓷晶粒本身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的．熱敏電阻其圖2.2如下：圖2.2〔熱敏電阻〕其主要參數(shù)為：零功率電阻值RT〔Ω〕。RT指在規(guī)定溫度T時(shí)，采用引起電阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來說可以忽略不計(jì)的測(cè)量功率測(cè)得的電阻值。電阻值和溫度變化的關(guān)系式為：RT=RNexpB(1/T–1/TN)RT：在溫度T〔K〕時(shí)的NTC熱敏電阻阻值。RN：在額定溫度TN〔K〕時(shí)的NTC熱敏電阻阻值。T：規(guī)定溫度〔K〕。B：NTC熱敏電阻的材料常數(shù)，又叫熱敏指數(shù)?！?〕材料常數(shù)〔熱敏指數(shù)〕B值〔K〕。RT1：溫度T1〔K〕時(shí)的零功率電阻值。RT2：溫度T2〔K〕時(shí)的零功率電阻值。T1、T2：兩個(gè)被指定的溫度〔K〕。對(duì)于常用的NTC熱敏電阻，B值范圍一般在2000K～6000K之間?！?〕零功率電阻溫度系數(shù)〔αT〕在規(guī)定溫度下，NTC熱敏電阻零動(dòng)功率電阻值的相對(duì)變化與引起該變化的溫度變化值之比值。αT：溫度T〔K〕時(shí)的零功率電阻溫度系數(shù)。RT：溫度T〔K〕時(shí)的零功率電阻值。T：溫度〔T〕。B：材料常數(shù)?！?〕耗散系數(shù)〔δ〕在規(guī)定環(huán)境溫度下，NTC熱敏電阻耗散系數(shù)是電阻中耗散的功率變化與電阻體相應(yīng)的溫度變化之比值。δ：NTC熱敏電阻耗散系數(shù)，〔mW/K〕?！鱌：NTC熱敏電阻消耗的功率〔mW〕?！鱐：NTC熱敏電阻消耗功率△P時(shí)，電阻體相應(yīng)的溫度變化〔K〕?！?〕熱時(shí)間常數(shù)(τ)在零功率條件下，當(dāng)溫度突變時(shí)，熱敏電阻的溫度變化了始未兩個(gè)溫度差的63.2%時(shí)所需的時(shí)間，熱時(shí)間常數(shù)與NTC熱敏電阻的熱容量成正比，與其耗散系數(shù)成反比。τ：熱時(shí)間常數(shù)〔S〕。C：NTC熱敏電阻的熱容量。δ：NTC熱敏電阻的耗散系數(shù)?！?〕額定功率Pn在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許消耗的功率。在此功率下，電阻體自身溫度不超過其最高工作溫度。〔7〕最高工作溫度Tmax在規(guī)定的技術(shù)條件下，熱敏電阻器能長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度。即:T0-環(huán)境溫度?！?〕測(cè)量功率Pm熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下，阻體受測(cè)量電流加熱引起的阻值變化相對(duì)于總的測(cè)量誤差來說可以忽略不計(jì)時(shí)所消耗的功率。溫度比擬模塊3.1實(shí)現(xiàn)功能分析當(dāng)溫度測(cè)量模塊測(cè)得的溫度低于設(shè)定值25℃是比擬器A1工作，向相應(yīng)的加熱控制部件發(fā)出加熱信息，當(dāng)溫度測(cè)量模塊測(cè)得的溫度高于設(shè)定值45℃是比擬器A2工作，向相應(yīng)的加熱控制部件發(fā)出降溫信息。3.2控制過程分析溫度檢測(cè)模塊測(cè)得的電壓分別接入A1的3和A2的2作為輸入量與A1的2管腳和A2的3管腳輸入的電壓進(jìn)行比擬。當(dāng)A1的3管腳輸入的電壓高于A1的2管腳輸入的電壓說明此時(shí)環(huán)境溫度較設(shè)定值低，A1的1管腳輸出高電平作為后續(xù)電路的輸入信號(hào)；當(dāng)A2的2管腳輸入的電壓低于A2的3管腳輸入的電壓說明此時(shí)環(huán)境溫度較設(shè)定值高，A2的1管腳輸出高電平作為后續(xù)電路的輸入信號(hào)。R4和R5為限流電阻，防止后續(xù)器件功率過大而燒毀。溫度比擬模塊如下列圖3-3圖3-3溫度比擬模塊3.3比擬器件的選用此次課設(shè)我們所用的是窗口比擬器。其原理圖3-2如下：原理圖圖3-2〔a〕圖3-2〔b〕圖3-2(a)為一典型的窗口比擬器電路，電路由兩個(gè)集成運(yùn)放組成，輸入電壓ui分別接到運(yùn)放Al的同相輸入端和A2的反相輸入端，參考電壓UH和UL分別加在Al的反相輸入端和A2的同相輸入端。兩個(gè)集成運(yùn)放的輸出端各通過一個(gè)二極管后并聯(lián)在一起，成為窗口比擬器的輸出端。窗口比擬器工作原理當(dāng)輸入電壓uI>URH時(shí)，uI>URL,所以集成運(yùn)放A1的輸出uO1=+UOM，A2的輸出uO2=-UOM。使得二極管D1導(dǎo)通D2截止,穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uO=+UZ。當(dāng)輸入電壓uI<URL時(shí),uI<URH,所以集成運(yùn)放A1的輸出uO1=-UOM，A2的輸出uO2=+UOM。使得二極管D2導(dǎo)通D1截止,電流通路如圖所標(biāo)注，穩(wěn)壓管DZ工作在穩(wěn)壓狀態(tài)，輸出電壓uO=+UZ。URL<uI<URH時(shí),uO1=uO2=-UOM，所以D1和D2均截止,穩(wěn)壓管截止,uO=0。URH和URL分別為比擬器的兩個(gè)閾值電壓,設(shè)URH和URL均大于零,那么傳輸特性如圖3-2〔b〕所示。4溫度調(diào)節(jié)模塊4.1調(diào)節(jié)功能分析當(dāng)外界環(huán)境溫度較低時(shí)啟動(dòng)加熱電路給外界加熱，當(dāng)外界環(huán)境溫度較高時(shí)啟動(dòng)降溫電路給外界降熱，當(dāng)外界環(huán)境在設(shè)定范圍之內(nèi)次模塊不動(dòng)作。4.2溫度調(diào)節(jié)過程設(shè)定的溫度區(qū)間為25℃~45℃，在外界溫度低于25℃時(shí)A1的1管腳輸出高電平，Q1射極的到適當(dāng)高電壓時(shí)使Q1導(dǎo)通隨后繼電器RL1吸和使電熱絲加熱，當(dāng)加熱到外界溫度在25℃~45℃時(shí)A1的1管腳輸出低電平Q1不導(dǎo)通停止加熱。在外界溫度高于45℃時(shí)A2的1管腳輸出高電平，Q2射極的到適當(dāng)高電壓時(shí)使Q2導(dǎo)通隨后繼電器RL2吸和使降溫器件工作，當(dāng)加熱到外界溫度在25℃~45℃時(shí)A2的1管腳輸出低電平Q2不導(dǎo)通停止降溫。調(diào)溫模塊電路如下列圖4-2圖4-2溫度調(diào)節(jié)模塊4.3.繼電器選用本實(shí)驗(yàn)最后驅(qū)動(dòng)控制模塊是繼電器。繼電器是一種電子控制期間，它具有控制系統(tǒng)〔又稱輸入回路〕和被控制系統(tǒng)〔又稱輸出回路〕，用場(chǎng)應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)〞。故在電路中也有起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、平安保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用的是電磁繼電器。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸電簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)吸合。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。4.4.三極管選用選用三極管選用的時(shí)候9014是NPN低頻放大，耐壓40V－50V，0.5A，0.625W，150MHZhFE〔β〕，100～1000(放大倍數(shù)分段可選)其圖3-4為9014示意圖：圖3-4〔9014〕5.方案總結(jié)與體會(huì)方案總