科艺电子设计培训2_温度检测设计指导书.doc

温度测量放大电路设计指导书一．设计题目设计一个温度测量放大电路二．设计目的1、巩固模拟电子技术基础知识，综合运用所学知识设计一个实际温度测量电路2、掌握模拟电子线路的调试方法，增强工程实践能力和综合分析问题的能力三．设计内容及要求温度测量采用铂热电阻（PT100）测量，将0C ~70C的温度进行测量与放大，转化为0-3V的电压信号输出具体要求：1、能对0℃--70℃的温度进行检测，放大转换为0—3V电压输出，测量误差1℃（设铂热电阻Rt=100(1+At),其中A=3.9684X10-3/ ℃）2、温度低于10℃时红灯亮, 室内温度高于25℃时黄灯亮, 室内温度在10℃---25℃范围内绿灯亮四、设计原理1、总体设计 此课题包含五部分：测量电桥、电桥驱动电源、电压放大电路、温度限报警电路、显示电路热电阻温度传感器电桥电路温度报警电路显示电路电压放大电路电桥电源驱动图1温度测量电路结构框图2、具体电路设计1）电桥及电源驱动电路设计图2 电桥电路基于恒流源的电桥电路如图 1 所示, TL431和 R1 为OP07 提供恒压源 Vref, R5 和 C1 作为电源滤波同时R2, R3, R4, RT作为测量电桥, 通过检测 A端和B端的电压差 Vab来计算温度的变化,根据集成运算放大器工作性区域的输入端虚短特性, OP07的 2 端电压等于3端电压; 由于TL431、R5、 C1 为 OP07 的3 端提供了相对稳定的电压源 Vref，根据集成运算放大器工作性区域的输入端虚断特性,流过 R4 的电流只流经 Rt, 所以相当于有一个恒流源流经R4和Rt；当电桥达到动态平衡时,有:R2 R4=Rt R3通过计算可知: Ua=Uerf，Uo=(Uref/R4) Rt +Uref=Uref(Rt/R4+1)Ub=UoR3/(R3+R2)= Uref(Rt/R4+1)R3/(R3+R2)Uab=Uref-Ub= Uref- Uref(Rt/R4+1)R3/(R3+R2) = Uref[1-(Rt/R4+1)R3/(R3+R2)]取R4=R3，R2=Rt0，Rt=Rt0+ΔRt则电桥电路的输出电压Uab两端的电压为:Uab=-Uref ΔRt / ( R2+R3 )从而求得铂热电阻阻值变化量:ΔRt=-Uab ( R2+R3 ) /Uref可见 ΔRt 与 Uo 成线性关系。

2）电压放大电路设计图2电路中，取R3、R4等于0.51K，R2、Rt0等于100欧姆，又Uerf=2.5V 则 Uab=-4.2 X10-3 XΔRt当温度他t=0C时ΔRt=0，Uab=0V t=70C时ΔRt=27.8欧 Uab=-0.1168V因此，放大器所需的放大倍数为： A=3/0.1168=25放大电路如图3所示由图3可知，Rg上的电压是V1-V2，IR3=IRgVo1-Vo2=(R8+R8+Rg)(V1-V2)/Rg或Vo1-Vo2=(1+2R8/ Rg)(V1-V2)Vo=R7/R6(Vo1-Vo2)= R7/R6 (1+2R8/ Rg)(V1-V2)所以 A= (1+2R8/ Rg) R7/R6=A1 X A2可取R8=4.7K，Rg=1K， 则A1=10取 R7=24.9K，R6=10K A2=2.5 则A=10x2.5=25图3 放大器电路3)温度报警及显示电路设计用比较器比较10℃、25℃温度值，由138译码器译码，得到报警状态：t小于10℃；t大于10℃，小于25℃；t大于25℃；比较阈值计算：当t=0C时，放大器输出Vo=3V10/70=0.42V当t=25C时，放大器输出Vo=3V25/70=1.71V五、进度安排第一天：原理及要求介绍；查阅资料；第二天：原理图设计；第三天：系统仿真第四天：电路焊接调试；第五天：写报告、答辩。

六、设计报告要求 1、叙述设计过程（原理、方案） 2、画出完整的电路原理图，解释工作原理 3、说明调试过程 4、列出设计和调试中出现的问题及解决方法 5、心得体会附件：元器件参考清单序号元器件名称元件编号型号规格主要性能品级1电阻R11K2R21003R30.51K4R40.51K5R510K6R6（2个）10K7R7（2个）24.9K8R8（2个）4.7K2R91K电位器3R102K电位器4R115.1K5R125.1K6R1310K7R1410K8R15，Rg1K9温度传感器RtPt10010瓷片电容C110511放大器U1加座子OP0712电压基准TL43113放大器A1、A2、A3加座子LM32414比较器加座子LM393双比较器15译码器加座子74LS13816LED高亮红、黄、绿17实验板。