模擬電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-水溫測量儀(編輯修改稿)
2025-07-03 18:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 極管的正向壓降取決于正向電流和溫度，當(dāng)正向電流一定時，正向壓降就會隨溫度的上升而下降，對于普通的硅二極管1N4148而言，℃，在低溫環(huán)境下，1N4148的溫度傳感線性度和靈敏度還是比較理想的，但要用二極管作溫度傳感器組成溫測電路，還必須考慮到電流的恒定效果，以給溫度傳感器提供恒定的正向電流，使溫度探頭二極管的正向壓降只受溫度的單一影響。因而我們在電路中將溫度探頭二極管接成如下圖形式： 圖21 溫度傳感電路圖 圖中與作為運(yùn)算放大器（uA741）的輸入，均為恒定電壓,故根據(jù)運(yùn)算放大器的“虛短”和“虛斷”概念有：流過R1的電流全部流過二極管1N4148，而又由恒定不變，故流過二極管的電流I=恒定不變，這樣二極管的正向壓降就只與溫度有關(guān)了，這樣二極管就實現(xiàn)了溫度傳感器功能。那么， ，其中，K=℃，為溫度變化量，為參考0℃時二極管的正向壓降，這樣，外界待測溫度就順利地轉(zhuǎn)化成了電壓信號。在這里，，公共壓端，從而的到=（—）mA，=+（+）。 、直流穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計都知道，直流穩(wěn)壓電源給所有需要直流電源的電子電路設(shè)備和元器件提供電壓或電流，是電子線路能夠正常穩(wěn)定工作的前提和保證。在這里，我們需要將220V的生活用電電壓轉(zhuǎn)換成為我們所需要的12V、5V等不同值的直流電壓。下圖即為本電路的直流穩(wěn)壓電源電路： 圖22 直流穩(wěn)壓電源電路圖 圖中：①直流化是指將經(jīng)變壓器變壓后的12V低壓交流電，轉(zhuǎn)化成為12V的直流電的過程。在這里就用一個直流電源變壓器代替。②公共壓端是指用R3的偏置電壓，作為后續(xù)電路的公共參考端，這樣比直接以地為參考端更體現(xiàn)出穩(wěn)定的優(yōu)越性。在這里，從而得到公共端壓U=5/2=.③調(diào)零端指當(dāng)待測溫度為0℃時，通過調(diào)節(jié)調(diào)零端來使顯示溫度讀數(shù)為0。要求電流適可，，這樣，I=（）/(++)=，那么降在上的壓降則為==,從而使得后面的差動放大輸入對地電壓==。④差放1 是指作為差動放大器的一個輸入電壓，來和運(yùn)算放大器（uA741）的輸出，共同作為運(yùn)算放大器（uA741）差動器的差動放大輸入。⑤比較電壓是指電壓比較器的參考電壓,，也就是對應(yīng)的報警溫度為50℃。、放大電路的設(shè)計 ，為運(yùn)算放大器（uA741）的輸出電壓，其中= —=+，其中U為調(diào)零電壓，需要在調(diào)試后才能確定其大小。差動放大器對差動輸入進(jìn)行放大然后輸出，其輸出電壓在這里我們根據(jù)需要使放大增益=R4/Rf=50，R3=R4取1kΩ，取=68（考慮到其他因素的干擾），即R4=68kΩ，使得溫度/℃。其中R1=R3//R4//Rf,取68kΩ，為平衡電阻。放大電路圖如下所示： 圖23 （差動）放大電路圖 、比較器及報警電路的設(shè)計比較器是水溫測量儀的重要部分之一，在我們設(shè)定好上限溫度下的情況下，當(dāng)二極管所測溫度超過所測的溫度，報警電路開始工作。在現(xiàn)實應(yīng)用中報警電路還可以另外加接一個繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)被測溫度超過所設(shè)溫度，繼電器動作，使觸電連接啟動降溫電路等等。在這里，報警電路為發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的單向?qū)娐?。我們用運(yùn)算放大器（uA741）構(gòu)成電壓比較器，根據(jù)電壓比較器的特性則有：當(dāng)時，則輸出電壓=≈5V,此時由于二極管的單向?qū)щ娦裕瑘缶娐凡粚?dǎo)通，二極管不發(fā)光，蜂鳴器不響；反之當(dāng)時，輸出電壓≈+5V，報警電路導(dǎo)通，二極管發(fā)光，蜂鳴器開始鳴叫發(fā)聲。為控制溫度設(shè)定電壓（對應(yīng)控制溫度），在這里我們設(shè)定為50℃為設(shè)定溫度，那么，根據(jù)溫度/℃的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，就有=5V。圖中RR4分別取10kΩ,電壓比較器以及報警電路如下圖所示： 圖24 電壓比較器以及報警電路第三章 Protel電路原理圖及電路仿真、水溫測量儀的Protel電路原理圖 圖32（a） 水溫測量儀的測量部分的PCB原理圖、信號轉(zhuǎn)換電路的仿真 下圖為信號轉(zhuǎn)換電路的ＥＷＢ仿真電路圖，其中，溫度傳感器二極管用電阻替代，當(dāng)改變電阻的大小時，電阻上的壓降也會隨之改變。溫度傳感器二極管隨溫度的變化，其正向?qū)▔航惦S之變化也可以等效為其等效電阻的變化，這樣就可以模擬出信號轉(zhuǎn)換的情形了。圖32 信號轉(zhuǎn)換電路的仿真圖 下表為我們通過改變（減?。┓答侂娮枳柚祦砟M仿真溫度傳感器二極管溫度變化（升高）時對集成運(yùn)放輸出端的影響，仿真測試結(jié)果及數(shù)值分析下：反饋電阻/Ω1000900800700600500400300200100輸出電壓/V電壓變化量（測）表32 信號轉(zhuǎn)換電路的仿真結(jié)果從上表仿真結(jié)果可以反映出:當(dāng)反饋電阻的阻值減小時，集成運(yùn)放輸出電壓也隨之減小，,這就表明: 當(dāng)溫度傳感器二極管上的管壓降隨溫度的上升而下降時，由溫度信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號也隨之等差減小，電路仿真顯示正常。、放大電路的仿真 下圖為水溫測量儀設(shè)計的差動放大部分，其中差動放大的實際差動輸入約在0（0℃）—（100℃）范圍里變化，故在這里我們的差動輸入電壓范圍在0—，差動電壓增益為68，EWB仿真電路如下圖所示： 圖33 差動放大電路的EWB仿真電路圖
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