温度控制器电路设计

同相输入A2反相输入，（3-1）当Ui-=0时，A2同相输入A1反相输入u；=—U+R同相输入A2反相输入，（3-1）当Ui-=0时，A2同相输入A1反相输入u；=—U+Ru2=U+(1+亨)g（3-2）温度控制器的单元电路运放的二个应用：⑴线性应用-测量放大器。⑵非线性应用-滞回比较器⑴测量放大器原理当Ui+=0时，A1u1=Ui—(咛g总的输出:U2=Ui+(1+幻1+(充U=—U(乌)+U(R6)(1+R

u0=(U2―U1)(芸)；

301R32'r4+R6八若R1=R2、R

u0=(U2―U1)(芸)；

3代入U1、U2,化简得:(U-U)(1+当)((U-U)(1+当)(告)•+•—〜2RRA=0——=(1+—)(■v(Ui+—Ui—)（3-3）RgR3由式（3-4）贝贝Ay=—————=(1+

(i+i—)（3-4）可知：UM时u0〉0，故匕输入端为测量放大器同相输入端。uiui邮一时U0〈0故U+输入端为测量放大器反相输入端。⑵滞回比较器原理由于运放工作在非线性区，输出只有高低电平两个电压+U物和-U°m，

当uo=+Uom时，如图所示同相输入端电压U+的上门限值为:UTH1=4(%-UR)+UR=*E=*,、TH1R2+RfoRRR2+RfR2+RfR2+Rf(3-5)随u.增大达到UTH1后，uo由+Uom跳变为-Uom。图3-5滞回比较器当uo=-Uom时，如图所示同相输入端电压U+的下门限值为:〃R2—〃RfU〃R2—〃RfUR-R2UomUTH2-r+.^uo_UR)+UR=r+Rr^2+~Rfr^2+^RfRfURRWomR2+RfR2+Rf随u减小达到UTH2后，uo由-Uom跳变为+Uom。我们把上门限电压UthI与下门限电压S9之差称为回差电压XUth:TH1TH2THE口口C口R2△UTH=UTH1_UTH2=2UomR2+R^（3-7）回差电压的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。⑶测量电桥如图3-6所示（a）为温度测量电桥，（b）为光照度测量电桥。Rp1、Rw为图3-6测量电桥光照度测量电桥由光照度测量电桥和直流测量电桥组成；直流测量电桥由Rn、R12、R13、R14组成电桥的四个桥臂，用于电路测试和调整；光测量电桥由△r+Rd、R12、R13、r14组成电桥的四个桥臂，用于实际运行。光测量电桥和直流测量电桥通过开关K切换，转换电路测试和调整或光控运行两种状态。Rw为调零电位器，调整Rw可使电桥输出电压U.为零。光敏电阻Rd随光强增加而阻值下降，其暗电阻为2M。；在通常光照下，其亮电阻为100k。左右。电桥输出不平衡电压q，q作测量放大器输入信号。_R12xR14-（Ar+Rd）xR13_U.=Vcci（Ar+Rd+R12）（R13+R14）（3-8）光敏电阻的光电流1p与端电压队入射光照度L的关系：Ip=SgUaL当入射光照度低于1000lx时（在25W白灯下，距离50cm处，其入射光照度约100lx），Ip与L具有良好的线性关系1p=SUL（3-9）

温度测量电桥温度测量电桥的A点所在的桥臂的电阻是固定的，故ua是固定的。B点所在的桥臂的电阻Rt随温度变化，故UB是变动的。电阻R为负温度系数热敏电阻，Rt=1.5K指NTC热敏电阻的标称电阻值R25。为了方便取r2与r成比例，这里取R=R=1.5K，同时，Ua=-R^e=-E，得R=750Q。2tAR1+R21311在前面已知条件下，推导R’=R3+Rp1:约束条件：①-AU(U.=Ua-Ub(+AU，②ua=’E1。由测量电桥平衡U=UA-UB=0时，得R=R3+Rp1=R1=750Q。R1一，一一又由U=U-U=-E-—t—E，得R=R+R=75G1±AR。故取'AB31R+R'133pt3Rp1=1K。温度控制器电路原理⑴温度控制器电路温度控制器电路如图3-7所示。Tij100kQ9L1LI4-12VTij100kQ9L1LI4-12V-4图3-8滞回曲线图3-7温度控制器电路图3-8滞回曲线⑵电路原理分析由测量电桥、测量放大器、滞回比较器及驱动电路等组成。测量电桥的A点所在的桥臂的电阻是固定的，故uaA是固定的。B点所在的桥臂的电阻Rt随温度变化，故UB是变动的。由于温度的不同，因而在测量电桥的A、B点时会产生不同的电压差，这个差值经过测量放大器放大后进入到滞回比较器的反相输入端，与比较电压UR比较后，由滞回比较器输出信号进行加热或停止加热。继电器J可进一步推动交流接触器。滞回电压比较器的比较电压UR代表设定的温度，如图3-7示，U=—R13—是固定的。B点所在的桥臂的电阻Rt随温度变化，故UB是变动的。由于温度的不同，因而在测量电桥的A、B点时会产生不同的电压差，这个差值经过测量放大器放大后进入到滞回比较器的反相输入端，与比较电压UR比较后，由滞回比较器输出信号进行加热或停止加热。继电器J可进一步推动交流接触器。滞回电压比较器的比较电压UR代表设定的温度，如图3-7示，U=—R13—xU+THR12+R13rr12+r13—xU。。由滞回电压比较器特性可知，当Ue变化越过U酒时，滞回电压比较器输出会翻转。改变比较电压U能改变控温的范围，控温的精度由滞回比较器的滞环宽度确定。比较电压UR与温度Rt的关系:UTHR12+R13孔—xU+—R12-RR12+R13xUomUeR2+R13R—13xU+Rt-12—xU=AURR+RomAB=A(Ua-UB)=A(R+R12RR、—E1-——t—E1)t3令E'=A—R—E1R1+R21R+R

m=t13；R13整理得:U=mE'-mA—R—eR1Rf+R:1里U=mE'-—om1R13R13,112U亦-mAE11+RR'R3t由式（3-10）可知比较电压Ur与温度Rt存在对应关系。温度tt，Rti使UBi，而UA-UBt。经测量放大器的放大温度由t上升到达t（与U对应），即温度t到达设定值t，滞回比较器输出信02R2号温度tt，Rti温度ti，Rtt，使UBt，而UA-UBi。经测量放大器的放大，UEi，当温度下降达t（与u对应），即温度t下降低于设定值t，滞回比较器输出信号UK2R2F使驱动电路复合管导通，继电器J得电，进行加温。温度控制器的组装与调试⑴组装与调试目的学会使用测量放大器；学会用基本电路组成实用电路的方法；学会系统的测量与调试。⑵组装、调试设备与器材LM324一片，稳压管2DW7一只，三极管9013、8050各1只，负温度系数热敏电阻1只，电阻、电容、电位器若干，±12V、+1V直流稳压电源1台，万用表1块，数字式温度计1只，双踪示波器1台。⑶组装与调试步骤按图3-7连接线路，2W的电阻R16靠近Rt，检查无误后，接通电源。调试重点观察ue、UF取何值，能使电路正常工作。标定温度范围。设控制温度范围为t1〜t2，标定时将热敏电阻置于恒温槽中，使恒温槽温度为t1，过几分钟后调整Rp1,使U=U，标定此时Rp1的位CD置为t1。同理可标定温度为t2的位置。根据控温精度要求，可在t1〜t2之间作若干点，在Rp1上标注相应的温度刻度即可。电压放大倍数测量。令B点接地，uB=0，由式（3-2）可知uc=-互UA，g得UC=_&，由式（3-4）得Ay=1+好=1_2UC。另用电位器分压得到-30mV电AggA压，接入