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研究与实践6

温度控制与报警电路

一、研究目的

1．根据理想运算放大器的功能和原理，结合实际应用情况，充分领会和掌握由运算放大器构成的控制应用电路的设计和调试。

2．学习和掌握由双极性晶体管和晶闸管构成的控制电路的工作原理和工程应用背景。3．学习和掌握LED的使用方法和应用电路，以LED为基本元件构成的光报警电路。 4．在学习掌握本研究性实验提示内容的基础上，设计满足任务要求的电路，并实现电路的仿真、制作和调试。

二、预备知识

1.熟练掌握非线性电路的分析方法与应用。

2.学习含运算放大器的控制电路的工作原理。

3.掌握双极性晶体管和晶闸管的特性和应用。

三、研究背景

温度的控制包括由于温度低于期望值的最低范围值时的“加热”，以及由于温度高于期望值的 “散热”两种控制。根据工程应用背景的条件和要求，在加热或散热两种控制之中，可以包含各种的控制策略和控制优化调节方式，有关控制策略和控制调节优化的内容将在后续的自动控制原理等专业课程中学习，不是本研究型实验的重点。

温度的报警电路可以利用温度测量信号或者温度控制信号的取值与预期设定值之间的差值情况来进行，目前常用是通过声、光等形式，显示和提示测试温度的范围和超出规定范围的报警，当然也可以采用液晶显示和数码管显示等数字显示方式。

四、实验仪器及元器件

双踪示波器 1台

双路可调直流稳压电源 1台

多波形信号发生器 1台

万用表 1只

集成运算放大器芯片 2只

铂电阻 1只

电热丝 若干

电阻 若干

电容器 若干

开关 若干

LED灯（红、黄、绿） 各若干

电吹风 1只

五、研究提示(略)

六、研究内容或设计目标

设计一个温度控制报警器

任务要求：

（1） 设计一个温度测量控制报警器的电路图。

（2） 电路设计中包括一个温度加热电路（或者温度散热电路模块）。

（3） 电路设计中包含一个简单实用的温度测量电路。

（4） 电路设计中包含一个温度加热电路模块（或散热电路模块）的启动电路。

（5） 电路设计中包含一个用LED等指示温度的显示电路；其中，当温度小于20ºC时红灯点亮，同时启动较热电路模块给温度测试电阻加热；(或者，当温度大于35ºC时，黄灯点亮，同时启动散热电路，给温度测试电阻散热。)

（6） 温度在25-30ºC之间时，绿灯点亮，表示温度在控制区域内；

（7） 对电路设计进行Multisim软件仿真。

（8） 整体电路制作与调试实现。

（9） 进行温度控制与报警实验测试及误差分析。

七、注意事项

1.使用铂电阻时，应注意铂电阻的温度特性是一个非线性特性的，测量电压与温度的

对应关系也是非线性的。

2.采用双极性晶体管或者晶闸管时，注意双极性晶体管和晶闸管的使用方法。

3.在设计加热电路时，应注意所需的功率大小。

八、研究报告要求

1．通过阅读相关应用实例和背景资料，学习电路理论中有关非线性电阻的相关知识，以及用电测量获得“非电量”信号的方法和工程应用。

2．设计加热或散热电路时，根据电路元件的工作原理和电路所需提供的功率确定电路参数选择依据。

3．设计过程的详细记录。

4．设计电路的仿真结果。

5．整理原始记录数据，对记录数据进行计算、分析和处理，并与理论计算结果进行比较，分析试验数据的误差，分析误差产生的原因。

6．撰写研究心得和体会。