模电大作业

图7 由仿真结果可知 uo 10(uI 1 uI 2 ) ,与理论结果一致
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4. 单限同相电压比较器 电压比较器的集成运放工作在开环或引入正反馈状态，工作在非线性区。将运放 的同相输入端电压 u P 与反相输入端电压 u N 进行比较，其输出只有两种稳定状态：高 电平和低电平。
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6. 监测报警系统综述 在了解测量电桥、差分放大电路、单限同相电压比较器、声光报警驱动电路四部 分电路功能的基础上，对四部分电路进行集成，同时进行适当的修改，即可得到本课 题所设计的最终电路系统——监测报警系统，如图 3 所示。该系统集成了几个电路的 功能，能够很好地满足设计的要求。 结束语：通过亲身对一个具有特殊功能的系统进行组成及原理上的深度分析，这一方面 锻炼我分析问题的能力，另一方面也让我对课本上的知识有了新的体会。我了解到，集 成电路一定程度上就是各具功能的各种小电路的组合，掌握好课本知识，对我们去了解 一个新的电路系统是很有必要的。 参考文献 [1]王淑娟,蔡惟铮,齐明.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2009. [2]张新喜,许君,王新忠,杨雨迎. Multisim10 电路仿真及应用.机械工业出版社,2009. [3]华成英,童诗白.模拟电子技术基础.高等教育出版社,2006.
uO1
uO 2
uO
图6
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为保证运放的输入端处于平衡状态，要求两个输入端对地的的等效电阻相等，即 同时为了使两个输入端的共模电压相等， 减小电路共模输出电压， R3 / / R1 R4 / / R2 ； 可令 R3 R4 1K 、 R1 R2 10K 。 利用叠加定理求电路输出 uo uo1 uo 2 ， 设 uo1 是 uI 2 0 时产生的输出电压， 而 uo 2 是 uI 1 0 时产生的输出电压，则根据同相输入和反相输入的比例运算关系得：
图 12
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图 13 与图 14 分别为 u 0 和 u 0 时电路的工作状态图。 由图 11 可知 u 0 时， 发光二极管不发光；u 0 时，发光二极管发光（由于蜂鸣器仿真结果为是否发出 声响，故无法再此文档上呈现） ，能够起到报警的作用。
图 13
图 14
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Harbin Institute of Technology
模电课程大作业（一）
设计题目：温度监测报警系统的仿真分析 专 班 作 学 业： 级： 者： 号： 测控技术与仪器 1101106 黄凯琦 1110100619
哈尔滨工业大学 2013 年 6 月
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图4
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2. 测量电桥 测量电桥用作仿真传感器，电路图如图 5 所示。 a) 正常情况下， R14 上的箭头位于 中点， R14 接入电路的阻值只有
1K , 此时输出端电位 U P1 与输
uN1
出端电位 U N 1 相同，均为 6V ， 测量电桥的输出电压为零。
u P1
U OM , uP uN uO U OM , uP uN
(4)
电压比较器的输出电压 uO 与输入电压 u I 之间的关系曲线，称为电压传输特性。 当比较器的输出状态发生跃变时，所对应的输入电压称为阈值电压，用 U TH 表示 单限电压比较器因只有一个阈值电压而得名，在电路中充当比较器的作用，如图 8 所示。
温度监测报警系统的仿真分析
设计要求： 1. 用集成运算放大器设计一个温度监测报警系统。正常情况下，系统输出为零。 而当环境参数突变（例如，火灾时温度突然升高）时，系统输出电压发生明显 变化。输出经声光报警电路驱动，使电路发出声光报警信号。 2. 电阻选用标准值。 3. 所选运放型号为 uA741,管脚图如图 1 所示。 管脚 2 为运放反向输入端， 管脚 3 为运放同相输入端， 管脚 6 为输出端， 管脚 7 为正电源端， 管脚 4 为负电源端， 管脚 1 和管脚 5 为输出调零端， 管脚 8 为空脚。 图1 4．对部分电路进行仿真。 摘要：近年来随着科学技术的发展，人们趋向于温度测量的多样化，智能化，所以市场 上涌现出多种多样的智能温度传感器。在工程实际中，温 度 是 环 境 因 素 不 可 或 缺 的 一 部 分 ， 对环 境温度实施监测报警是十分重要的。实际的监测报警系统可以由传感器、信号预处理电 路和计算机等组成，也可以按图 2 所示的方式，全部用硬件实现，这就是本文所要进行 研究分析的温度监测报警系统。本文所研究的温度监测报警系统主要由测量电桥、差分 放大电路、单限同相电压比较器、声光报警驱动电路四部分组成。本文将对该温度监测 报警系统的四部分电路进行详略得当的分析。主要讲述每部分电路在系统中充当的角色， 发挥的作用，以及对每部分电路的工作原理与输入输出特性进行理论分析，同时进行必 要的仿真研究。在此基础之上，让大家更好地了解由这几部分电路集成而成的温度监测 报警系统在的工作原理，增加对其的认识。另一方面也是为了对课堂知识进行实际的应 用。 关键词：运算放大器、传感器、放大电路、电压比较器、声光报警 正文：本课题所要设计的监测报警系统原理框图如图 2 所示。
R1 R1 R2 uo1 1 uI 1 uP 1 R3 R3 R4 R2
(1)
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R1 (2) uI 2 R3 联立上两式，又因为 R3 R4 1K 、 R1 R2 10K ，可得电路输出电压与两 个输入的差值电压之间的运算关系为 R1 (3) uo (uI 1 uI 2 ) 10(uI 1 uI 2 ) R3 对电路进行仿真，得到如图 7 所示结果 uo 2
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图9 当参考电压为常量时，该单限同相电压比较器可用于波形转换。在同相输入端输 入幅值为 6V ，频率为 60Hz 的正弦波信号加上一个幅值为 1V ，频率为 600Hz 的干扰 信号。对电路进行仿真，得到如图 10 所示仿真结果，与理论分析结果一致。
图 10
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uO
图8 图中运放工作于开环状态，反向输入端的电压为 6V ,比较器同相输入端的输入 电压与反向输入端的参考电压进行比较。根据式(4)可知，图 8 所示单限比较器的输 出为
U OM , uP 6V uO U OM , uP 6V
(5)
式(5)表明，单限比较器的阈值电压 UTH 6V ，其电压传输特性如图 9 所示。
5. 声光报警驱动电路 声光报警驱动电路充当报警器的作用，电路图如图 11 所示。
图 11 其中直流电压源 V 1 为电路提供合适的静态工作点， 交流电压源 V 2 作为输入电压。 1) 当输入电压 u 0 时，发光二极管处于截止状态，两端电压等于输入电压 u ，二极 管不发光。此时蜂鸣器两端电压差几乎为零，小于蜂鸣器的工作电压时，蜂鸣器 不鸣响，电路不产生声光报警信号。 2) 当输入电压 u 0 时，发光二极管处于导通状态，两端电压等于其正向压降 U D ， 发出红光。输入电压经三极管作用之后与直流电压源一同作用于蜂鸣器，当电压 大于蜂鸣器的工作电压时，蜂鸣器鸣响，电路产生声光报警信号 对电路进行仿真，结果如图 12 所示，与理论分析结果吻合。
图2 根据监测报警系统所要实现的功能，本课题所设计的系统主要由测量电桥、差分放 大电路、单限同相电压比较器、声光报警驱动电路四部分组成。以下将有详略地分别对 四部分电路进行输入、输出关系分析及仿真，介绍其在整个监测电路中所起的作用。
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1. 温度监测报警系统简介
图3
如图 3 所示， 即为本文要研究的温度监测报警系统。 图 3 中，R11 、R12 、R13 和 R14 组成的电桥用于仿真传感器。正常情况下调整 R14 使电桥平衡，输出为零。而当环境参 数突变（例如，火灾时温度突然升高）时，传感器的输出电压发生了明显变化，即可用 按下 A 键改变 R14 阻值的方式模拟。此时，电桥平衡被打破，输出不为零，经第一级 差分电路放大后送入第二级单限同相比较器，其参考电压为 R6 和 R7 对 12V 电源的分 压。最后，比较器的输出经声光报警电路驱动，使发光二极管发光、蜂鸣器鸣响，产生 声光报警信号。按下 A 键改变 R14 阻值，使其接入电路阻值为其最大电阻的 75% ，可 得仿真结果如图 4 所示。此时二极管发光，蜂鸣器鸣响（由于蜂鸣器仿真结果为是否发 出声响，故无法再此文档上呈现） 。
b) 当环境参数突变（比如温度升高） 时，此时即可通过按下 A 键增大 R14 阻值的方式模拟。此时输出 端电位 U P1 增大，输出端电位 U N 1 保持不变，电桥平衡被打破，输 出不为零。 图5 3. 差分放大电路 差分放大电路充当放大器的作用， 理想运算放大器组成的差分比例运算放大电路 如图 6 所示。