课程设计二 温度监测及控制电路

一、课程设计的目的

学习运用双臂电桥、差动集成运放、滞回比较器设计温度监测及控制电路的方法，学会电子电路的组装、调试和测量方法。

二、设计任务及要求

1、检测电路采用热敏电阻Rt（NTC）作为测温元件。 2、用100Ω/2W的电阻元件作为加热装置。 3、设计温度检测电路和温度控制电路。 4、具有自动指示“加热”与“停止”功能。 5、安装调试测量实验结果。

6、写出完整的设计及实验调试总结报告。

三、提供的主要元器件

热敏电阻（NTC），运算放大器μA741×2，晶体三极管3DG12，稳压管2CN231， 发光二极管LED，继电器、电阻器等

四、原理描述

1、 参考电路如图4.2.1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4.2.1 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

U01??(R7?RW2R?R7?RW2R6)UA?(4)()UB R4R4R5?R6当R4＝R5，（R7+RW2）=R6时

U01?R7?RW2(UB?UA) R4RW3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4.2.2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

u?H?RFR2ui?U0H

R2?RFR2?RF当ui减小到使u+H＝UR，即

R2?RFR2 ui?uTL?UR?UOH

RFRF此后，ui稍有减小，输出就从高电

平跳变为低电平。 图4.2.2 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

u?L?RFR2ui?UOL

R2?RFR2?RF

当ui增大到使u+L=UR，即

ui?UTH?R2?RFRUR?2UOL RFRF此后，ui稍有增加，输出又从低电平

跳变为高电平。 图4.2.3 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

△UT＝UTR－UTL＝R2(UOH?UOL) RF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4.2.3为滞回比较器的电压传输特性。

由上述分析可见差动放大器输出电压u01经分压后，在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。

五、安装调试内容与步骤

按图4.2.1，连接电路，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4.2.4所示。它可实现差动比例运算。

图4.2.4 差动放大电路

(1)、运放调零。将A、B两端对地短路，调节RW3使UO＝0。

(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，R4＝R5时，其输出电压

u0?R7?RW2(UB?UA) R4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、 桥式测温放大电路 将差动放大电路的A、B端与测温电桥的A?、B?端相连，构成一个桥式测温放大电路。 (1)、在室温下使电桥平衡

在实验室室温条件下，调节RW1，使差动放大器输出U01＝0（注意：前面实验中调好的RW3不能再动）。

(2)、温度系数K（V/C）

由于测温需升温槽，为使实验简易，可虚设室温T及输出电压u01，温度系数K也定为一个常数，具体参数由读者自行填入表格内

表4.2.1

温度 T（℃） 输出电压U01（V） 室温 ℃ 0 从表4.2.1 中可得到K＝△U/△T。

(3)、桥式测温放大器的温度－电压关系曲线 根据前面测温放大器的温度系数K，可画出测温放大器的温度－电压关系曲线，实验时要标注相关的温度和电压的值，如图4.2.5所示。从图中可求得在其它温度时，放大器实际应输出的电压值。也可得到在当前室温时，U01实际对应值US。