-NTC温度监测及控制电路

大庆石油学院课程设计
大庆石油学院课程设计任务书
课程电子技术课程设计
题目 NTC温度监测及控制电路
专业自动化姓名李连会学号 070601140215 主要内容：
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。

基本要求：
（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）、写出完整的设计及实验调试总结报告。

参考资料：
[1] 孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书[M].北京：中国电力出版社，
2005.10.
[2] 刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:石油大学出版社,2003.
[3] 廖先芸，郝军.电子技术实践教程[M].北京:石油工业出版社,1998.5.
[4] 汪学典.电子技术基础实验[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.8.
[5] 彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社,1997.
完成期限 2009.6.29至2009.7.3
指导教师
专业负责人
2009年 6 月 27 日
目录
1 设计要求 (1)
2方案设计 (1)
2.1设计思路 (1)
2.2总体方案方框图 (1)
2.3基本原理 (2)
3总体方案的选择和设计 (2)
3.1 PTC温度控制电路 (2)
3.2 NTC温度监测及控制电路 (3)
4单元电路的设计 (3)
4.1含有热敏电阻的桥式放大电路 (3)
1、测温电桥 (3)
2、差动放大电路 (4)
4.2 滞回比较器 (5)
4.3 输出警报和控制电路 (6)
4.4元件参数的计算及选择 (6)
1、差分放大电路 (6)
2、桥式测温放大电路 (7)
3、滞回比较器 (7)
5总电路图 (8)
6总结 (8)
参考文献 (9)
附录 (10)
1 设计要求
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。

（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）、写出完整的设计及实验总结报告。

2方案设计
2.1设计思路
根据课题要求，电路主要包括四个部分。

（1）由具有负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC）为一臂组成测温电桥的传感器，来测量温度。

（2）由差动放大电路，将测得的温度信号按比例放大。

（3）测温电桥输出经测量放大器放大后由滞回比较器输出“加热”“停
即改变控温的范围，而控温的精度则由止”信号。

改变滞回比较器的比较电压U
R
滞回比较器的滞回宽度确定。

（4）滞回比较器输出的信号经三极管放大后控制加热器“加热”与“停止”。

2.2总体方案方框图
2.3基本原理
基本原理框图如图1所示。

采用负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）R t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U
即改变
R
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。

3总体方案的选择和设计
3.1 PTC温度控制电路
图2 TC620结构图
在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的热敏电阻器成为正温度系数热敏电阻器，简称PTC元件。

TC620是一种新型智能温度控制集成电路．其内部主要由温度传感器（PTC 热敏电阻）、基准电压源、温度/电压变换器、两个带滞回的电压比较器及锁存器等组成。

其主要特性参数为：工作电压范围4．5V～18V；最大士作电流200mA；最大输出电流可达1mA；输出阻抗400Ω；测温范围-55℃～＋125℃；温度测量精度±3℃。

TC620的实际结构框图如图2所示。

A
1A
2
及C1组成低于温度下限报警的输出，
A 1、A
3
及C2组成高于温度上限报警的输出。

C1的输出经反相后与C2的输出一起作
为RS触发器的输入，由CON端输出温度控制信号。

外接两个电阻R SL和R SH，其电阻值的大小可由公式R SH（R SL）=0.59972.1312×T求出（式中T为绝对温度）。

从理论上讲，恒定温度是一个“点”。

实际上，为了防止频繁的通断信号而损坏继电器，恒定温度应是一个温度区间，这个区间的温度差值根据所要求的恒温精度确定，如2~3℃。

在设计电路时，可根据恒定温度选择温度上限电阻R SH，在以低于恒定温度2~3℃的温度选择温度下限电阻R SL。

这样，当温度高于上限时，继电器断开（保温）；当温度低于下限时，继电器吸合，从而实现恒温目的。

3.2 NTC温度监测及控制电路
如图 NTC温度监测及控制电路是由负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC元件）R t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U R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。

差动放大器输出电压Uo1经分压后A2组成的滞回比较器，与反向输入端的参考电压U R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输入正饱和电压，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R W4可以改变参考电平，也同时调节了上下门限电平，从而达到设定温度的目的。

4单元电路的设计
4.1含有热敏电阻的桥式放大电路
1、测温电桥
如图3所示，由R1、R2、R3、R W1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。

R W1可决定测温电桥的平衡。

+12V
V cc +
图3测温电桥电路
2、差动放大电路
图4 差动放大电路
如图4所示，由A 1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
B 6
56
4W274A 4W2701)U R R R )(R R R R ()U R R R (U +++++-=
当R 4＝R 5，（R 7+R W2）=R 6时
)U (U R R R U A B 4
W2
701-+=
（1） R W3用于差动放大器调零。

可见差动放大电路的输出电压U 01仅取决于二个输入电压之差和外部电阻的比值。

4.2 滞回比较器
图
5 同相滞回比器 图
6
电压传输性
差动放大器的输出电压U 01输入由A 2组成的滞回比较器。

滞回比较器的单元电路如图5所示，设比较器输出高电平为U 0H ，输出低电平为U OL ，参考电压U R 加在反相输入端。

当输出为高电平U 0H 时，运放同相输入端电位
0H F
22
i F 2F H
U R R R U R R R U +++=+ （2） 当Ui 减小到使U +H ＝U R ，即
OH F
2
R F F 2TL i U R R U R R R U U -+== （3）
此后，Ui 稍有减小，输出就从高电
平跳变为低电平。

当输出为低电平U 0L 时，运放同相输入端电位
OL F
22
i F 2F L
U R R R U R R R U +++=+ （4）
当Ui 增大到使U +L =U R ，即
OL F
2R F F 2TH i U R R
U R R R U U -+=
= （5）
此后，Ui 稍有增加，输出又从低电平跳变为高电平。

因此U TL 和U TH 为输出电平跳变时对应的输入电平，常称U TL 为下门限电平，U TH
为上门限电平，而两者的差值
)U (U R R －U U U OL OH F
2
TL TR T -=
= （6） 称为门限宽度，它们的大小可通过调节R 2/R F 的比值来调节。

图6为滞回比较器的电压传输特性。

4.3 输出警报和控制电路
利用滞回比较器输出的电压U O2控制一个开关三极管使报警电路中的发光二极管显示不同的状态（亮/灭），同时控制电流继电器KA ，进而控制加热电路的导通和截止。

调节滞回比较器的上下门限电平可控制三极管的开关时间，从而达到设定加热温度的目的。

电路如图7。

图7 输出警报和控制电路
4.4元件参数的计算及选择
Uo 2
1、差分放大电路
如图4所示，令A 、B 点分别接地，
B 点接地：A 4
7W2o1U R R R
'U
+-＝ （7）
A 点接地：
B 65447w26'
'o1U )
R (R R )
R R (R R U +++= （8）
于是 A 4
7
w265447w26'
'o1'o1o1U R R R )R (R R )R R (R R U U U +-+++=
+= （9）
设计要求差动放大电路可将A 、B 点电压差△U 按比例放大。

即令
4
7w265447w26R R R )R (R R )R R (R R +=+++ （10）
可得 7w26
R R R +=
选取R 4=R 5=10K Ω，R 6=1M Ω，R 7=910K Ω，则
Ω90K R -R R 76w2
==
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。

选取常温下Rt 为1K Ω的热敏电阻，R 1=100K Ω，R 2=20K Ω，R 3=220K Ω，选定室温为平衡温度，如图3所示，即要求U A -U B =0。

即，3
2w13t 1t R R R R R R R ++=+
可得，2t
3
1w1
R R R R R -=
=21.98K Ω 3、滞回比较器
图8
如图8设定参考电平U R =2V ，运算放大器A 2选为μA741。

其输出最大电压为±13V ，即比较器输出低电平U OL =－13V ，输出高电平U OH =+13V 。

U R =12
2R R R R R 10W49'
W410=+++
求得，'
W4R =16K Ω
上门限电压U TH =
2.15V U R R U R R R OL 11S
R 1111S =-+ 下门限电压89V .1U R R U R R R U OH 11S
R 1111S TL =-+=
门限宽度△U T =U TH －U TL =26V .0)U U (R R OL OH 11
S
=- 5总电路图
把上述各部分电路连接起来便构成了完整的NTC 温度监测及控制电路。

其总电路图如附录所示。

6总结
本次课程设计要求设计一种音乐彩灯控制器。

应用所学的知识及在图书馆搜集的资料，对题目所要求的电路进行了设计。

1、设计了两种温度控制电路进行对比，方案一是利用PTC 集成元件TC260进行组配电路，方案二是利用NTC 热敏电阻组配电路。

方案一电路使用集成元件相对来说比较简单。

2、在方案二的设计中，用到了差分放大器、滞回比较器、测温电桥等基本电路。

3、根据任务要求对相关参数进行了计算，并对相关元件进行了选择。

4、为了做好这次的课程设计，要充分理解电路的任务目的，先建立一个大致的电路工作过程概念。

然后再进行细节的分析，理论的验证，最终得出一套最优的方案。

参考文献
[1] 孙淑燕，张青.电子技术教学实践指导书[M].北京：中国电力出版社，2005.10.
[2] 刘润华,刘立山.模拟电子技术[M].山东:石油大学出版社,2003.
[3] 廖先芸，郝军.电子技术实践教程[M].北京:石油工业出版社,1998.5.
[4] 汪学典.电子技术基础实验[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.8.
[5] 彭介华.电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社,1997.
附录
图9 温度监测及控制电路
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