温度控制器电路设计

温度控制器电路设计、装配与调试

1. 温度控制器的单元电路

运放的二个应用：⑴ 线性应用-测量放大器。⑵ 非线性应用-滞回比较器 ⑴ 测量放大器原理

图3-4 测量放大器

① 当Ui+=0时, A1同相输入，A2反相输入

)1(1'

1g

i R R U U +

=- )(

2'

2g

i R R U U --= （3-1）

② 当Ui-=0时, A2同相输入，A1反相输入

)(

1"

1g

i R R U U +-= )

1(2"

2

g

i R R U U

+

=+ （3-2）

③ 总的输出：

)

(

)1(111g

i g

i R R U

R R U

U +

--+

= )(

)1(222g

i g

i R R U R R U U -+-+

=

)1)((

)(

3

56

4623

510R R R R R U R R U U +

++-=

若21R R =、43R R =、6

5R R =；则： )

)(

(3

512

R R U U

U -=；

代入U1、U2，化简得：

))(

21)((3

510

R R R R U

U

U

g i i +

-=-+

)

)(

21()

(3

510

R R R R U

U U

A g

i i V +

=-=

-

+ （3-3）

选15

3=R

R ，则：)

21()

(10

g

i i V R R U

U

U

A +=-=

-+

（3-4）

由式（3-4）可知：-+〉i i U U 时00〉U ，故+I U 输入端为测量放大器同相输入端。

-+〈i i U U 时00〈U ，故+

I U

输入端为测量放大器反相输入端。

⑵ 滞回比较器原理

由于运放工作在非线性区，输出只有高低电平两个电压om U +和om U -， ① 当om U

o

u +=时，如图所示同相输入端电压U +的上门限值为:

f

R R om U R f R

R R U

f R f

R

R om U

R R

U f R R

U

R U

o u f

R

R

R

TH U

++

+=

++=

+-+=

22222)(2

2

1

（3-5）

随i u 增大达到1TH U 后，o u 由om U +跳变为om U -。

图3-5 滞回比较器

② 当om U

o

u -=时，如图所示同相输入端电压U +的下门限值为：

f

R R om U

R f

R R R U

f R f

R R om U

R R

U f R R U R U o u f

R

R R

TH U +-

+=

+-=

+-+=22222)(222

（3-6）

随i u 减小达到2TH U 后，o u 由om U -跳变为om U +。

我们把上门限电压1TH U 与下门限电压2TH U 之差称为回差电压TH U ∆:

f

R

R

R om

U TH U

TH U

TH U +=-=∆22

221

（3-7）

回差电压的存在，大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压，比较器就不会因为干扰而误动作。 ⑶ 测量电桥

如图3-6所示（a ）为温度测量电桥，（b ）为光照度测量电桥。1p R 、w R 为电桥平衡调整电位器。

图3-6 测量电桥

① 光照度测量电桥

由光照度测量电桥和直流测量电桥组成；直流测量电桥由R 11、R 12、R 13、R 14组成电桥的四个桥臂，用于电路测试和调整；光测量电桥由Δr+Rd 、R 12、R 13、R 14组成电桥的四个桥臂，用于实际运行。光测量电桥和直流测量电桥通过开关K 切换，转换电路测试和调整或光控运行两种状态。

Rw 为调零电位器，调整Rw 可使电桥输出电压U i 为零。光敏电阻Rd 随光强增加而阻值下降，其暗电阻为2M Ω；在通常光照下，其亮电阻为100k Ω左右。 电桥输出不平衡电压U i ，U i 作测量放大器输入信号。

Vcc

R R R Rd r R Rd r R R U i )

1413)(12(13)(1412+++∆⨯+∆-⨯=

（3-8）

光敏电阻的光电流p I 与端电压U 、入射光照度L 的关系：

γ

α

L

U

S I

g p

=

当入射光照度低于1000lx 时(在25W 白灯下，距离50cm 处，其入射光照度约100lx)，p I 与L 具有良好的线性关系