基于Multisim的NTC热敏电阻温度测量电路的设计与仿真

1引言

温度作为表示物体冷热程度的一个物理量，其在我国工农业生产的过程和现代科学研究过程中，都是一个非常重要的物理参数。而随着科学技术水平的不断提高,温度测量技术也得到了不断发展。温度测量技术的核心器件为温度传感器。NTC热敏电阻作为温度传感器家族的一员，具备体积小、响应速度快、工作范围宽、稳定性好、价格低廉等一系列优点，在测温电路当中得到了广泛的应用，但由于NTC热敏电阻本身是一个非线性元件，存在严重的热电非线性问题，使得对应的温度测量电路的设计相对复杂。而在设计过程中引入Multisim这一专门用于电子线路仿真与设计的EDA 工具软件，通过引入计算机辅助仿真技术，在计算机上来完成整个硬件电路的电路设计，从而减轻硬件电路验证阶段的工作量，同时，其界面友好、功能强大、易学易用的特点，使得其成为电类设计开发人员青睐的硬件开发仿真工具之一，也为电子类专业教学创建了一个良好的平台[1]。

2Multisim软件简介

Multisim软件原名EWB，本身来源于加拿大图像交互技术公司（Interactive Image technologies简称IIT公司），后被美国国家仪器有限公司(National Instruments,简称NI)收购后，更名为NI Multisim。它是一款以Windows为基础的用于电子电路仿真和设计的EDA仿真工具软件。其主要功能是用软件的方法来虚拟常用电工、电子元器件以及常用的电工、电子中用到的仪器和仪表，借助Multisim软件，我们可以很轻松地在个人计算机上设计、测试和演示各种电子电路，也可对电路中的各元器件人为设置各种故障，来检测电路在对应情况下的工作状态。Multisim软件的主要特点有：①元件库十分丰富；②虚拟仪器、仪表种类齐全；③有很强的电路分析功能；④有丰富的Help功能等[2]。

3热敏电阻器103AT-2

表1103AT-2型热敏电阻器的温度阻值对应表

温度℃

10

20

25

30

40

50

60

70

80

90

100

阻值Ω

27.28K

17.96K

12.09K

10K

8.313K

5.828K

4.161K

3.021K

2.229K

1.669K

1.266K

973.5R

热敏电阻传感器简称热敏电阻器，顾名思义，是一种对温度十分敏感的电阻器。热敏电阻器对于外界环境的温度的变化，其电阻阻值会与之成比例变化。按温度升高，相应热敏电阻阻值呈现减小或者增大的趋势，我们可以将热敏电阻分为负温度系数热敏电阻器(NTC)和正温度系数热敏电阻

基于Multisim的NTC热敏电阻温度

测量电路的设计与仿真

祝勋1张雅娟2

（1.武汉软件工程职业学院，湖北武汉430205；

2.武汉职业技术学院电信学院，湖北武汉430074）

[摘要]由于NTC热敏电阻存在严重的热电非线性问题，使得对应的温度测量电路的设计相对复杂。为此本文根据NTC热敏电阻的性能参数特点，设计了相应的温度测量电路，并对此温度测量电路在multisim环境中进行了仿真分析，仿真结果达到电路设计要求。

[关键词]仿真；热敏电阻传感器；multisim；温度测量电路

中图分类号：TP212.9文献标识码：A文章编号：1008-6609(2017)09-0053-03

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作者简介：祝勋（1979-），男，湖北武汉人，硕士，讲师，研究方向为电子、通信、激光加工等。

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器(PTC)两大类[3]。在本文中，我们选用的是负温度系数热敏电阻器（NTC），具体型号为103AT-2。103AT-2热敏电阻器产自日本石冢电子株式会社(SEMITEC)，是一种高精度的热敏电阻传感器，其具备精度高、误差小和高耐温性的特点[4]。表1中数据是103AT-2型热敏电阻器的温度阻值对应表。

4温度测量电路的设计

电路要求利用NTC温敏电阻设计测温范围为0-100℃的测温电路，要求输出电路的性能指标为100mV/℃，即温度为0℃的时候，电路输出电压约为0V，温度为50℃的时候，电路输出电压约为5V，……，以此类推。

4.1TL431BCD稳压电路

图1TL431BCD稳压电路图

TL431BCD三端可调分流基准源由德州仪器公司（TI）生产，是一种具有良好热稳定性能的并联稳压集成电路。它的输出电压可以很容易地设置成从2.5V到36V范围内的任意电压值。在Multisim中构建图1所示的基本稳压电路，在TL431BCD两端得到稳定的2.494V的输出电压，经电阻串联分压后输出1V的固定电压作为后续电路的基准电压。

4.2同相比例放大电路

在Multisim中构建图2所示同相比例放大电路，输入信号电压v in通过电阻加到运放的同相输入端，输出电压v out通过电阻R2和R1反馈到集成运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。其输入电压和输出电压之间的关系为：

V

out=（1+R2

R1

）V

in

同相比例放大电路的特点为：输入电阻很高且输出电阻很低，电压放大倍数不小于1。

图2同相比例放大电路图4.3电压跟随器

在Multisim中构建图3所示电压跟随器电路，输入信号电压v in通过电阻加到运放的同相输入端，输出电压v out通过导线直接连接到集成运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。其输入电压和输出电压之间的关系为：

V

out≈V in

电压跟随器的特点为：输入阻抗高，输出阻抗低。其主要作用在于在电路中作为缓冲级和隔离级使用。本系统在各级电路间都使用电压跟随器作为隔离级。

图3电压跟随器电路图

4.4减法运算电路

在Multisim中构建图4所示减法运算电路，两个输入信号电压v in1和v in2分别通过电阻加到运放的反相输入端和同相输入端，输出电压v out通过电阻R2连接到集成运放的反相输入端[5]。在本电路中，由于R1=R2=R3=R4，输入电压和输出电压之间的关系为：

V

out=V in2-V in1

图4减法运算电路图

4.5整体电路分析

TL431BCD稳压电路提供稳定的2.494V恒定电压输出，经可调电阻和10千欧电阻串联组成的分压电路分压后得到的1V基准电压，基准电压通过电压跟随器供NTC热敏电阻103AT-2与3.3千欧电阻串联来进行分压，由表1得知0℃时NTC电阻阻值为27.28K，仿真结果：3.3千欧电阻两端电压为107.9mV，改变R10的大小，设定成100℃时NTC的阻值973.5R，仿真结果：3.3千欧电阻两端电压为772.2mV，此时电

２Ｏ

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