毕业论文范文 (2)

1、毕业论文毕业论文恒温箱的设计与实现恒温箱的设计与实现学号学号 12012310271201231027 姓名姓名 陆星柱陆星柱 学院学院 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 专业专业 电气及自动化电气及自动化 指导老师指导老师 裴建良裴建良 时间 2016 年 3 月 6 日目目 录录摘要摘要 .2ABSTRACT.3第第 1 章章 绪论绪论.41.1 系统背景.41.2 系统概述.4第第 2 章章 设计方案设计方案 .52.1 检测部分 .52.2 信号处理部分 .72.3 系统方案.10第第三三章章 单单元元电电路路设设计计 .113.1 电源电路 .113.1.1 交流滤波器 .113

2、.1.2 交流电压变换电路和整流电路 .123.1.3 滤波电路和稳压电路.123.1.3 DC/DC 电路 .163.2 检测电路 .173.3 控制电路 .183.3.1 差动放大电路的失调 .183.3.2 差动放大电路的调零 .203.3.3 差动放大电路的温漂 .213.3.4 差动放大电路的信号处理及放大 .213.3.5 报警电路 .22附录：电路原理图附录：电路原理图 .24参考文献参考文献.25致致 谢谢.26摘要摘要本设计是基于差分放大电路的工作原理，设计的一款通过监控温度的变化，而发出声光报警。论文重点阐述了供电模块、检测模块以及差分放大电路模块的设计原理；通过各种方案的

3、论证能够选择最经济、最优化、最简单的电路实现功能。本次做的报警电路以差分放大电路为核心，结合相关的元器件，达到制作报警系统的目的。其单元电路的难点在于元器件值的选择和调试。关键词：热敏电阻；差分放大电路；双极性电源；声光报警关键词：热敏电阻；差分放大电路；双极性电源；声光报警AbstractThis design is enlarges the electric circuit based on the difference the principle of work, design one section through the monitoring temperature change,

4、but sends out the acous to-optics to report to the caution .The paper elaborated the power supply module, the examination module as well as the difference enlargement electric circuit module principle of design with emphasis; Can choose, the optimization economically through each kind of plan proof,

5、 the simple electric circuit realization function. This time does the alarm circuit take the difference enlargement electric circuit as a core, unifies the related primary device, achieves the manufacture alarm system the goal . Its unit electric circuit difficulty lies in the primary device value t

6、he choice and the debugging.Key word: Thermistor; Difference enlargement electric circuit; Bipolarity power source; The acousto-optics reports to the caution。第第 1 章章 绪论绪论1.1 系统背景电吹风机是日常生活中常见的小型电器，使用方便，工作原理简单，不容易坏，其工作原理主要是电机带动扇叶和发热元件通电发热。然而，电吹风机常常因为发热元件温度过高而烧坏，一般导致电吹风损坏的原因都是工作时间过长，发热元件过热而烧断。为延长电吹风机使用

7、寿命,通过监控发热元件温度使其工作在安全温度范围,从而保护发热元件不因温度过高而烧坏。1.2 系统概述在学习当中我们发现，差分放大电路具有工作状态稳定、极小的温漂、消除电源波动、良好的抗干扰性，故本设计采用差分放大电路做控制电路，热敏电阻做检测电路。第第 2 章章 设计方案设计方案差分放大器设计过热声光报警电路的设计要求到温度达到一定的值时，能实现报警提示，实现监控和报警的关键在于如何去检测，如何让去将检测信号处理和放大。可供我们选择的元件有很多，但是在选择的过程中不可或缺的要考虑经济性、实用性、简单性等。设计差分放大器设计过热声光报警电路的关键在于检测部分和信号处理部分。2.1 检测部分在检

8、测的过称中，检测的对象是非电量对象温度，如何将非电量转化成电量，以便检测和控制，那么就必须用到温度传感器。能感受温度的变化并转换成可用输出信号的传感器称之为温度传感器。温度传感器的分类方法有很多，可按工作方式、测量范围、性能特点等多方面来分类。本设计从是否与被测介质相接触进行简单的分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器 。1. 接触式温度传感器接触式温度传感器 是指传感器直接与被测物体接触，从而进行温度测量。这种方式的特点在于通过直接接触的方式把被测物体的热量传递给传感器。但是这样会降低被测物体的温度，特别是在被测物体热容量较小的时候，测量精度会大大降低。通过这种方式的测得的物体真实温度需在

9、被测物体的热容量够大并且大于温度传感器。接触式温度传感器 有热电偶和、热敏电阻等，利用其产生的热电动势或电阻随温度的变化的特性来测量物体的温度。热电偶是由两种不同的导体和半导体A 和 B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为 TO，称为自由端 (也称参考端 )或冷端，则回路就有电流产生，即回路中产生热电动势。热电动势主要由接触电动势与温差电动势。在使用热电偶测温，必须保持自由端的温度恒定，而在实际的工作当中，由于热电偶的自由端靠近工作环境，使得自由端受到外界因素的影响，为了维持自由端的温度恒定，必须把自由端牵引到距现场很远又比较稳

10、定的地方，故照成安装不便和成本投入加大。所以在使用的时候我们必须添加适当的补偿方法，维持自由端温度的稳定。在实际使用当中热敏电阻一般由半导体构成，利用半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度。在一定的范围内，只要知道热敏电阻阻值的变化，便可以知道被测介质的温度变化。其工作原理如下若电子和空穴的浓度分别为 n、p，迁移率分别为 n、p，则半导体的电导为： =q（nn+pp） ，因为 n、p、n、p 都是依赖温度 T 的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线 。热敏电阻的电阻温度特性 （图 2.1-1）可近似地用下式表示：R=R0expB(

11、1/T-1/T0)，R：温度 T(K)时的电阻值、 Ro：温度 T0、(K)时的电阻值、B：热灵敏度指标、 *T(K)=t(ºC)+273.15。图 2.1-1热敏电阻包括正温度系数热敏电阻器（ PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC） ，以及临界温度热敏电阻 （CTR） 。其特性图如下所示（图 2.1-2） 。从图 2.1-2 中我们可以看出 正温度系数热敏电阻器（ PTC）和临界温度热敏电阻（CTR）一定的温度范围里面，阻值急剧下降或上升，曲线在此区域里面特别陡峭，灵敏度高。 负温度系数热敏电阻器（ NTC）随温度缓慢，连续性。一般的热敏电阻的工作温度在 -100300之间。图

12、2.1-22. 非接触式温度传感器非接触式温度传感器 通过检测光传感器中的红外线来测量物体的温度，有利用 吸收光而使电子迁移的量子型和吸收光而引起温度变化的热型传感器。测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制。但是造价比较昂贵，适用于特殊的工作环境。电吹风机的发热元件的安全工作温度在 100，考虑经济和实用性 ，本设计中采用接触式温度传感器 中的临界温度热敏电阻 （CTR） ，临界温度热敏电阻在 60120时阻值发生剧烈的变化，灵敏度高，能有效的保护电吹风机的发热元件。2.2 信号处理部分 电吹风机属于高温工作环境， 外界条件的变化带给电路的影响，如何解决外界变化的

13、影响，称为信号处理部分必须解决的问题。而差分放大器因为能有效抑制零点漂移而被广泛的应用。差分放大电路又称为差动放大电路（图2.2-2） ，是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器，它的输出电压与两个输入电压之差成正比，是一种基本放大电路。这是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。它可以是平衡输入和输出，也可以是单端（非平衡）输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路的相互转换以及作为功率放大器和发射极耦合逻辑电路的输入级。如果 Q1 Q2 的特性很相似，则 Va ,Vb 将同样变化。例如，Vb 变化+1V，Vb也变化+1V，因为输出电压 VOUT= Va - Vb =0V

14、,即 Va 的变化与 Vb 的变化相互抵消。 图 2.2-2若差放的两个输入为，则它的输出 Vout为： 其中 Ad 是差模增益，Ac 是共模增益。因此为了提高信/噪比，应提高差动放大倍数，降低共模放大倍数。二者之比称做共模仰制比（CMRR）。通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 (CMRR)是用来 衡量差分放大器消除共模信号的能力：由上式可知，当共模增益 Ac0 时，CMRR。Re 越大，Ac 就越低，因此共模抑制比也就越大。因此对于完全对称的差分放大器来说，其 Ac = 0，故输出电压可以表示为：所谓共模放大倍数，就是 Va，Vb输入相同信号时的放大倍数。如果共模放大倍数为 0，则输入

15、噪声对输出没有影响。要减小共模放大倍数，加大 R3就行。通常使用内阻大的恒流电路来带替 R3。 普通的单端输入放大器是差分放大器的一种，只要将差放的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大器。在实际应用中 ,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，这种漂移电压也越小。差分放大器的两种工作方式差模输入和共模输入，差模输入即在两输入端加上大小相等、极性相反的输入信号。在两输入端加上大小相等、极性相同的信号即为共模信号。然而在实际电路的应用当

16、中，差分放大器既有有用的差模信号，也有无用的共模信号。故差分放大器广泛应用于基本单元电路，对差模信号有良好的放大作用和对共模信号有较强的抑制能力。2.3 系统方案本设计由四部分构成供电部分、检测电路、控制电路和报警电路（图 2.3-1）。供电部分主要是将市电转换为供系统运作的直流电；检测部分主要是将温度的变化转换为电量的变化；控制电路将检测电路输出的电量进行放大和处理；报警电路当温度过高时提醒用户注意。第第三三章章 单单元元电电路路设设计计3.1 电源电路电子设备的正常工作都离不开直流电源。多数的电子设备要由电力网上的交流电变换为直流电源来供电。电子设备的不同，对电源的要求也不一样。将交流电变

17、换为各种各样的直流电的电路称之为AC/DC 电路。然而当AC/DC 电路的电压和电子设备要求的电压不相等时，就必须把供电电压做变换，以满足设备的要求，这种将直流变直流的电路被称之为DC/DC 电路。尽管 AC/DC 电路各种各样，但他们的组成基本由交流滤波器、交流电压变换电路、整流电路、滤波电路、稳压电路等组成，基本框图如下（图3.1-1） 。3.1.1 交流滤波器图 3.1-2 交流滤波器该电路的作用是滤除整流电路产生的尖脉冲以避免其反向传送到电力网上而干扰其他的电子设备，电路如图3.1-2 所示。3.1.2 交流电压变换电路和整流电路交流电压变换电路的作用是把电网的交流电压变换为所需的数值

18、的交流电压、在经过整流滤波后，变成脉动直流电压。交流变换电路有电源变压器和电容分压器两种，本设计采用的是电源变压器。电源变压器输出电压可调且为可调的功率。图 3.1-3基本电路如图 3.1-3 所示，在交流电的整个周期内始终有相同方向的电流流过电阻 R4，故在 R4上面得到单方向的全波直流电压。桥式二极管的整流波形如图 3.1-4。3.1.3 滤波电路和稳压电路滤波电路整流电路的输出电压不是纯粹的直流，整流电路的输出的与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的 脉动成分以

19、获得直流电压。图 3.1-4常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波。有源滤波的主要形式是有源 RC 滤波，也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示，此值越大，则滤波器的滤波效果越差。本电路采用电容滤波。当电路采用电容滤波，输出端空载，如图 3.1-5 所示，设初始时电容电压uC 为零。接入电源后，当 u2 在正半周时，通过 D1、D3 向电容器 C 充电；当 在 u2 的负半周时，通过 D2、D4 向电容器 C 充电，充电时间常数为式中 包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于一般很小，电容器很快就充到交流

20、电压 u2 的最大值 ，如波形图 3.1-5（b）的时刻。此后，u2 开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路，所以电容电压值 uC 不变，此时，uCu2，二极管两端承受反向电压，处于截止状态，电路的输出电压，电路输出维持一个恒定值。实际上电路总要带一定的负载，有负载的情况如下。 （a）电路图 （b）波形图 图 3.1-5 空载时桥式整流电容滤波电路2带载时的情况图 3.1-7 是电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在时刻，即达到 u2 90峰值时，u2 开始以正弦规律下降，此时二极管是否

21、关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。先设达到 90后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是 90后指数规律下降的速率快，而正弦波下降 的速率小，所以超过 90以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着 u2 的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC 的下降速率越来越慢。所以在超过 90后的某一点，例如图 5(b)中的 t2 时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器 C 向负载以指数规律 放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，u2 再次超过 uC，如图 3.1-6 (b)中的 t3 时刻，二极管重又导电。以

22、上过程电容器的放电时间常数为电容滤波一般负载电流较小，可以满足 td 较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数 S 小，输出平均电压 UO(AV)大，具有 较好的滤波特性。（a）电路图 （b）波形图图 3.1-6 带负载时桥式整流滤波电路稳压电路电网电压的不稳定、负载的变化，以及纹波电压的存在等与因素均会引起整流输出电压的不稳定。采用直流稳压电路可以克服上述不稳定因素的影响，输出稳定的直流电压。稳压管具有如图 3.1-7 所示的伏安特性。当工作在反向击穿区时，管子的两端电压 Uz 稍有变化，通过管子的电流就会有很大的变化，利用这种特性可以构成最简单的直流稳压电路，如

23、图 3.1-8。图 3.1-7 稳压二极管特性及符号图 3.1-8 稳压管稳压器3.1.3 DC/DC 电路DC/DC 电路通常使用三端集成稳压器来实现，是一种有特定输出电压的稳压集成电路。三端是指电压输入端、电压输出端、和公共接地端。三端IC 稳压主要有四种，固定输出正稳压器、固定输出负稳压器、可调输出负稳压器、可调输出正稳压器。由于差分放大电路采用的是双极性电源供电，为方便统一电压，本设计采用固定输出正稳压器和固定输出负稳压器实现DC/DC 转换。固定输出正稳压器输出的正电压为固定值。命名为78XX 系列，因其最大输出电流不一样又分为 78LXX、78XX、78MXX 三种，78LXX 系

24、列最大输出电流为 100mA、78XX 系列最大输出电流为 500mA、78MXX 系列最大输出电流为 1.5A。图 3.1-7固定输出正稳压器输出的负电压为固定值。命名为79XX 系列，因其最大输出电流不一样又分为 79LXX、79XX、79MXX 三种，79LXX 系列最大输出电流为 100mA、79XX 系列最大输出电流为 500mA、79MXX 系列最大输出电流为 1.5A。为获得双极性电源，本设计选用 7812 和 7912 作为 DC/DC 电路的稳压模块。如图 3.1-7 所示电路可的得到一个 12V 的双极性电源。 C7 的作用是滤除高频波纹， C5、C4 的作用是进一步改善输

25、出的波形。3.2 检测电路临界温度热敏电阻 （CTR）的阻值在 1000K几十欧姆之间变化，从图2.1-2 中我们可以知道当 70130时阻值发生剧烈的变化，在实际使用过称中临界温度热敏电阻 与电吹风机的发热元件并不接触，故以80为基准点，大致认为在 80时 CTR 的阻值为 10K。实际电路如图 3.2-1。 图 3.2-1 图 3.2-2根据临界温度热敏电阻 （CTR）阻值和温度的关系。可以画出检测电路输出电压与阻值的关系。3.3 控制电路3.3.1 差动放大电路的失调在前面所讲的差分放大电路的工作原理当中，有一点一直被提及，那就是对称性，然而由于制造工艺的原因，在一个较宽的温度范围里，电

26、阻Rc的失配约为 1，三极管发射结反向饱和电流的失配约为5，相邻的三极管 值的失配约为 10，故差分放大电路的各元件达不到对称的原则，从而影响差分电路的性能，导致零输入的时候输出电压不为零。输入电压失调为了使实际的差分放大电路在零输入的时候双输入端电压为零，需要人为的加入一些补偿信号，称为失调电压Vio，失调电压可为负也可为正，定义为：Vo 为输入端为零时，双端输出电压； Avd 为差分放大电路的差模电压增益。失调电压主要是由集电极和发射结的失配引起的，并和温度成正比。通过对式子的近似变换可以得到输入失调电压Vio 的表达式：mv)05. 001. 0(05. 0,01. 01111QIOQI

27、OVVIIRRIIRRVV输入电流失调对三极管组成的差分放大电路（图 2.2-2），输出端的失调还可以用输入端的电流来补偿，从而使差分放大电路的输出端电压为零，这个补偿电流称为输入补偿电流（Iio）。1122112121212RRIIIIIIIIIIIIIBioRRQQioQQBQQioBBBBBB输入失调电流主要由 值引起，其典型值约为 Ib 的 10 。可见，减小差分放大电路的基极偏置电流，可以有效的减小输入失调电流Iio。3.3.2 差动放大电路的调零由于差分放大电路存在失调，因而实际电路中需要设法进行补偿。本设计是采用在外电路中设置调零电位器，通过实地的调整，做到零输入时零输出，如图 3.3-1。图 3.3-1然而由于调零电位器的设置，会影响到差分放大电路的性能指标，对图3.3-1 所示电路，无论 R3 的动臂移至何处，其差模增益为：2131R