模电温度上下限报警器.pdf

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1、 课程设计报告 1设计课题：温度上下限报警电路 2课程设计目的：（1）巩固所学的相关理论知识；（2）实践所掌握的电子制作技能；（3）会运用 EDA 工具对所作出的理论设计进行模拟仿真测试,进一步完善理论设计（4）通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则（5）掌握模拟电路的安装测量与调试的基本技能,熟悉电子仪器的正确使用方法,能力分析实验中出现的正常或不正常现象(或数据)独立解决调试中所发生的问题（6）学会撰写课程设计报告（7）培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风.（8）完成一个实际的电子产品；进一步提高分析问题、解决问题的能力 3系统知识介绍（1

2、）运算放大器（Operational Amplifier,简称 OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in,single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中 3系统知识介绍 ，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端 Vp、一个负输入端 Vn 和一个输出端 Vo。VoAvo(VpVn)（2）晶体三极管

3、晶体三极管(Semiconductor Transistor)利用特殊工艺将两个 PN 结结合在一起就构成了双极型三极管。1.结构和符号：结构特点：e 区掺杂浓度最高，b 区薄，掺杂浓度最底；c 区面积最大。分类：构成材料：硅管、锗管 结 构：PNP、NPN 使用频率：低频管、高频管 功 率：小功率管、中功率管、大功率管 2.电流放大原理 （1）放大条件 内部条件：e 区掺杂浓度最高，b 区薄，掺杂浓度最底；c 区面积最大。外部条件：发射结（e 结）加正向偏置电压，集电结（c 结）加反向偏置电压。电位条件：NPN 型：VcVbVe；PNP 型：VcVbVe 电压数值：UBE：硅 0.5-0.8

4、V,锗 0.1-0.3V UCB：几伏十几伏 UCE：UCEUCB UBE 几伏+几伏 （2）三极管内部（NPN 型为例）1)发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流 IE。2)向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略。这样，到达基区的电子多数向 BC 结方向扩 散形成 ICN。少数与空穴复合，形成 IBN。基区空穴来源主要来自基极电源提供(IB)和集电区少子漂移(ICBO)。即 IBN IB+ICBO，IB=IBN ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 IC，I C=ICN +ICBO。（4）三极管各极电流之间的分配关系 IB=I BN-ICBO，IC=I CN

5、+ICBO 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定 4电路方案与系统、参数设计；（1）电路系统设计：温度上下报警器是用变阻器来模拟温度的变化。当温度达到一定温度上限时要求红灯亮，要设定一个温度的上限值，当温度达到下限时绿灯亮，要设定一个下限值。并且输出的信号要求稳定，用反向迟滞比较器。用一个变阻器设定温度的上下限接在运放的同相端，一个变阻器模拟温度变化，接在运放的反相端。通过反相迟滞比较器输出的信号为正负一定值，然后接接发光二级管。要用 NPN 和 PNP 两种三极管对反相迟滞比较器输出的信号进行放大，再分别接上红绿发光二级管。该系统需 3 个部分组成

6、，第一部分是输入信号，由两个变阻器组成。用一个控制温度变化，另一个控制报警上下限,来产生一个输入信号；第二部分是 LM358 运放组成的反向迟滞比较器，放大并稳定输入信号；第三部分是两个三极管放连接发光二极管，根据第二部分输出的信号正负分别使两个发光二极管在模拟的上下线温度时发光。正信号流入时，npn 三极管导通，红灯亮；负信号流入时，pnp 三极管导通，绿灯亮。（2）电路功能框图：1.温度上下限控制电路：用一可变电阻R11 模拟温度变化，另一可变电阻 R12 设置报警上下限 Vt+，Vt-。2.放大电路：放大并稳定输入信号电路，由运放组成的反相迟滞比较电路。迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的

7、比较器。为了获得如下右图的传输特性，在反相输入单门线电压比较器的基础上引入正反馈网络，就组成了具有双门限的反相输入迟滞比较器。由于正反馈作用，这种比较器的门线电压是随输出电压 Vo 的变化而改变的。它的灵敏度低一些，但抗干扰能力却大大提升。21OH221REF1TRRVRRRVRV21OL221REF1TRRVRRRVRV 3.输出电路：输出正负信号通过两个不同三极管放大信号使两个发光二极管显示。当变阻器从左往右滑动时变阻器阻值变大，模拟的是温度变小，pnp 管接收到负信号时导通绿灯亮；当变阻器从右往左滑动时变阻器阻值变小，模拟的是温度变大，这时 npn 管导通红灯亮。（3）元器件与参数设计：

8、1.发射极 2.基极 3.集电极 Lm358 引脚图 9015（9014）LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益 模组,音频放大器、工业控制、DC 增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式。特性(Features)：内部频率补偿。直流电压增益高(约 100dB)。单位增益频带宽(约 1MHz)。电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5 一15

9、V)。低功耗电流，适合于电池供电。低输入偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。输出电压摆幅大（0 至 Vcc-1.5V)。参数：输入偏置电流 45 nA 输入失调电流 50 nA 输入失调电压 2.9mV 输入共模电压最大值 VCC1.5 V 9015 是一种常用的普通三极管。它是一种小电压,小电流,小信号的 PNP 型硅三极管 特性：集电极电流 Ic：Max-100mA 集电极-基极电压 Vcbo：-50V 工作温度：-55 to+150 和 9014（NPN）相对 （4）电路图与器材清单表 LM358 一个，红色、绿色发光二极管

10、各一个，10K、1K 变阻器各一个，1K（1 个）、2.2K（2 个）、4,7K（1 个）、22K（2 个）、220K（1 个）、100 欧（1 个）、470 欧电阻（2 个）（5）电路仿真：R14.7kR21kR32.2kR42.2kR5100R6220kR722kR822k910V16 V V26 V R1110kKey=A39%LED2R9470R10470R121kKey=A13%2467U1ALM358AD32481Q1D44H8Q2D45H10LED1108531413 5设计总结（1）根据这学期所学的知识能够成功的设计出温度上下限报警器 （2）主要运用到了运算放大器组成的比较器起到放大和稳定信号的效果，三极管再对输入信号进行放大输出给发光二极管。（3）进度与时间:2011 年 12 月 28 日2011 年 12 月 30 日（4）成功模拟了温度上下限报警器，但是此报警器的缺点是正常工作状态只在一点上，在报警电路中无法正常显示，所以电路意志处于报警状态。6主要参考文献（1）电子技术基础、模拟电子 PPT（2）模拟电子技术基础（3）