东莞理工学院 模电课程设计温度监测及控制电路.doc

温度监测及控制电路 一、实验目的 1、 学习由双臂电桥和差动输入集成运放组成的桥式放大电路。 2、掌握滞回比较器的性能和调试方法。3、 学会系统测量和调试。 二、实验原理1、 实验电路如图211所示， 它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， 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。图211温度监测及控制实验电路(1)、测温电桥由R1、R2、R3、RW1及Rt组成测温电桥，其中Rt是温度传感器。其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。（2）、差动放大电路由A1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。其输出电压当R4R5，（R7+RW2）=R6时RW3用于差动放大器调零。可见差动放大电路的输出电压U01仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。（3）、滞回比较器差动放大器的输出电压U01输入由A2组成的滞回比较器。滞回比较器的单元电路如图212所示，设比较器输出高电平为U0H，输出低电平为UOL，参考电压UR加在反相输入端。当输出为高电平U0H时，运放同相输入端电位当ui减小到使u+HUR，即此后，ui稍有减小，输出就从高电平跳变为低电平。 图212同相滞回比较器当输出为低电平U0L时，运放同相输入端电位当ui增大到使u+L=UR，即此后，ui稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。 图213电压传输特性因此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213为滞回比较器的电压传输特性。由上述分析可见差动放器输出电压u01经分压后A2组成的滞回比较器，与反相输入端的参考电压UR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端电压时，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。三、实验设备1、 ±12V直流电源2、 函数信号发生器3、 双踪示波器4、 热敏电阻（NTC）5、 运算放大器A741×2、晶体三极管3DG12、稳压管2CW231、发光管LED四、实验内容按图212，连接实验电路，各级之间暂不连通，形成各级单元电路，以便各单元分别进行调试。1、 差动放大器差动放大电路如图214所示。它可实现差动比例运算。图214差动放大电路1）、运放调零。将A、B两端对地短路，调节RW3使UO0。2）、去掉A、B端对地短路线。从A、B端分别加入不同的二个直流电平。当电路中R7+RW2=R6，R4R5时，其输出电压在测试时，要注意加入的输入电压不能太大，以免放大器输出进入饱和区。3）、将B点对地短路，把频率为100Hz、有效值为10mV的正弦波加入A点。用示波器观察输出波形。在输出波形不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和u0的电压。算得此差动放大电路的电压放大倍数A。2、 滞回比较器3、 滞回比较器电路如图216所示。1）、直流法测试比较器的上下门限电平首先确定参考电平UR值。调RW4，使UR2V。然后将可变的直流电压Ui加入比较器的输入端。比较器的输出电压U0送入示波器Y输入端（将示波器的“输入耦合方式开关”置于“DC”，X轴“扫描触发方式开关”置于“自动”）。改变直流输入电压Ui的大小，从示波器屏幕上观察到当u0跳变时所对应的Ui值，即为上、下门限电平。2）、交流法测试电压传输特性曲线将频率为100Hz，幅度3V的正弦信号加入比较器输入端，同时送入示波器的X轴输入端，作为X轴扫描信号。比较器的输出信号送入示波器的Y轴输入端。微调正弦信号的大小，可从示波器显示屏上到完整的电压传输特性曲线。 图215温度电压关系曲线 图216滞回比较器电路从示波器显示屏上到完整的电压传输特性曲线，如下图所示：4、 温度检测控制电路整机工作状况1）、按图211连接各级电路。（注意：可调元件RW1、RW2、RW3不能随意变动。如有变动，必须重新进行前面内容。）2）、根据所需检测报警或控制的温度T，从测温放大器温度电压关系曲线中确定对应的u01值。3）、调节RW4使参考电压RURU014）、用加热器升温，观察温升情况，直至报警电路动作报警（在实验电路中当LED发光时作为报警），记下动作时对应的温度值t1和U011的值。5）、 用自然降温法使热敏电阻降温，记下电路解除时所对应的温度值t2和U012的值。6）改变控制温度T，重做2）、3）、4）、5）、内容。把测试结果记入表212。根据t1和t2值，可得到检测灵敏度t0=(t2-t1)注：实验中的加热装置可用一个100/2W的电阻RT模拟，将此电阻靠近Rt即可。五、 测量数据1、 差动放大器uiu0电压放大倍数A。23.2mV2.20V94.832、 滞回比较器改变直流输入电压Ui的大小，从示波器屏幕上观察到当u0跳变时所对应的Ui值，即为上、下门限电平上门限电平u021.20V3.80V下门限电平Ui21.60V6.00V六、 实验总结总结：模电的主要基础知识是放大器，而本实验便于其具有密切关系。所以，通过本实验可以明显深刻地理解模电知识。此外，本实验的接线和调试较为复杂，有利于我的强化动手能力和分析故障的能力。思考题：1、 如果放大器不进行调零，将会引起什么结果？答：如果放大器不进行调零，随着电压和温度等环境的变化，会产生零点漂移。从而使运放工作不稳定,输出也不稳定。同时，输入端低于门限电压，会使电路无法进行正常工作。2、 如何设定温度检测控制点？答：先将电路工作设置在ToC温度下，记录其在A2运算放大器的3端的电压值。然后，再通过调节Rw4使A2运算放大器2端电压值与3端相同，即使电路的温度检测控制点为ToC。