电子线路设计实验教案

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1、电子电路设计制版与仿真设计实验教案编写：王少杰二一三年四月实验一、功率放大电路仿真设计一 、实验目的 1、利用仿真软件proteus设计功率放大电路2、进一步理解OTL功率放大器的工作原理。 3、学会OTL电路的仿真软件调试及主要性能 指标的测试方法。4、进一步熟悉虚拟仪器如示波器、函授信号发生器、电压表和电流表等的使用二、实验工具PC、proteus7.5仿真软件三、实验原理图41所示为OTL低频 功率放大器。其中由晶体三极管T1组成推动级，T2 ,T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，他们组成互补推挽OTL功放电路。由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力

2、强等优点，适合于作功率输出级。图41 OTL功率放大器实验电路T1管工作于甲类状态，它的集电极电流Ic1的一部分流经电位器RW2及二极管D，给T2.T3提供偏压。调节RW2，可以使T2.T3得到适合的静态电流而工作于甲.乙类状态，以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位 UA=1/2UCC，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入脚.直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。 当输入正弦交流信号Ui时,经T1放大.倒相后同时作用于T2.T3的基极,Ui的负半周使T2管导通(T3管截止),有电流通过负载RL,同时向电容C0充电

3、,在Ui的正半周 ,T3导通(T2截止),则已充好的电容器C0起着电源的作用,通过负载RL放电,这样在RL上就得到完整的正弦波. C2和R构成自举电路,用于提高输出电压正半周的幅度,以得到大的动态范围. OTL电路的主要性能指标 1.最大不失真输出功率Pom 理想情况下,Pom=UCC2/8RL,在实验中可通过测量RL两端的电压有效值,来求得实际的POM=UO2/RL。 2.效率=POM/PE 100% PE直流电源供给的平均功率 理想情况下,功率Max=78.5%.在实验中,可测量电源供给的 平均电流Idc,从而求得PE=UCC Idc,负载上的交流功率已用上述方法求出,因而也就可以计算实际

4、效率了。 3.频率响应 祥见实验二有关部分内容 4.输入灵敏度输入灵敏度是指输出最大不失真功率时,输入信号Ui之值 。四、实验内容 1按图41画出仿真实验电路，电源进入中串人直流毫安表，电位器RW2置为最小值，RW1置中间位置。接通+5V电源，观察毫安表指示，同时要手触摸输出级管子，若电流过大，或管子温升显著，应立即断开电源检查原因（如RW2开路，电路自激，或管子性能不好等）。如无异常现象，可开始调试。1）调节输出端中点电位UA调节电位器RW1，用直流电压表测量A点电位，使RA1/2UCC。2）调整输出极静态电流用测试各级静态工作点调节RW2，使T2、T2管的IC2IC3510mA。从减小义越

5、失真角度而言，应适当加大输出极静态电流，但该电流过大，会使效率降低，所以一般以510mA左右为宜。由于毫安表是串在电源进线中，因此测量得的是整个放大器的电流。但一般T1的集电极电流IC1较小，从而可以把测得的总电流近似当作示末级的静态电流。如要准确得到末级静态电流，则可以从总晾中减去IC1之值。调整输出级静态电流的另一方法是动态调试法。先使RW20，在输入端接入F=1KHZ的正弦信号Ui。逐渐加大输入信号的幅值，此时，输出波形应出现较严重的交越失真（注意：没有饱和和载止失真），然后缓慢增大RW2，当交越失真刚好消失时，停止调节RW2，恢复Ui0，此时直流毫安表计数即为输出级静态电流。一般数值也

6、应在510mA左右，如过大，则要检查电路。输出级电流调好以后，测量各级静态工作点，记入表41。表41IC2IC3mAUA2.5VT1T2T3UB(v)UC(v)UE(v)注意：在调整RW2时，一是要注意旋转方向，不要调得过大，更不能开路，以免损坏输出管。输出管静态电流调好，如无特殊情况，一得随意旋动RW2的位置。2最大输出功率POM和效率n的测试1）测量POM输入端接F=1KHZ的正弦信号Ui，输出端用示波器观察输出电压UO波形。逐渐增大Ui，使输出电压达到最大不失真输出，用交流毫伏表没出负载RL上的电压UOM，则POMUOM2/RL2）测量n当输出电压为最大不失真输出时，读出直流毫安表中的电

7、流值，此电流即为直流电源供给的平均电流Iac（有一定误差），即此可近似求得PEUCCICC，再根据上面没得的POM，即可求出n=POM/PE。3输入灵敏度测试根据输入灵敏度的定义，只要测出功率POPOM时的输入电压值Ui即可。4频率响应的测试测试方法同实验二。记入表72。表42UimVFL FO FHF（Hz）1000UO(v)AV在测试时，为保证电路的安全，应在较低电压下进行，通常取输入信号为输入灵敏度的50%。在整个测试过程中，应保持Ui为恒定值，且输出波形不得失真。5研究自举电路的作用1）测量有自举电路，且POPOMAX时的电压增益AVUOM/Ui。2）半C2开路，R短路（无自举），再测

8、量POPOMAX的AV。用示波器观察1）、2）两种情况下的输出电压波形，并将以上两项测量结果进行比较，分析研究自举电路的作用。6噪声电压的测试测量时将输入端短路（Ui0）,观察输出噪声波形，并用交流毫伏表测量输出电压，即为噪声电压UN，本电路若UN15mV，即满足要求。7试听输入信号改为录音机输出，输出端接试听音箱及示波器。开机试听，并观察语言和音乐信号的输出波形。五、实验报告1整理实验数据，计算静态工作点、最大不失真输出功率POM、效率n等，并与理论值进行比较。画频率响应曲线。2分析自举电路的作用。3讨论实验中发生的问题及解决办法。六、预习要求1复习有关OTL工作原理的内容。2为什么收入自举

9、电路能够扩大输出电压的动态范围？3交越失真产生的原因是什么？怎样克服交越失真？4电路中电位器RW2，如果开路或短路，对电路工作有何影响？5为了不损坏三级管，调试中应注意什么问题？6如电路有自激现象，应如何消除？实验二、串联可调稳压电源设计实验实验目的： 经过一系列的分析、准备、设计、焊接、调试除了在布局与焊接美观方面之外，设计的电路基本符合设计要求。实验设任务和要求“：输出直流电压1.510可调；输出电流Iom=300mA;(有电流扩展功能)稳压系数Sr0.05；具有过流保护功能。实验原理：先是家用电源经过变压器得到一个大约十五伏的电压U1，然后U1经过一个桥堆进行整流，再采用可调阻值的滑动变

10、阻器进行分压，在桥堆的输出端加一电容C进行滤波，滤波后再通过LM317（具体参数参照手册）输出一个负电压，在LM317的输出端加一个电阻R1，调整端加一个固定电阻R2和R3，这样输出的电压就可以在某一范围内可调。因为电源的设计中要求输出电流可以扩展，在LM317的输出端加一个晶体管。实验方案：本电路包括四部分：变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路。变压电路：本电路使用的降压电路是单向交流变压电路，家用交流电源先经过变压器得到一个副边电压U1，然后U1经过桥式整流和滤波电路得到UI,UI再经过一个来自比较的放大电路进行限流保护电路，把U2通过限流保护电路和一个基准电压电路及取样电路来输出一个稳

11、压电压整流电路中利用二极管的单向导电性将电源变压器副边交流电压变换成脉动的直流电压，整流电路有半波整流电路和全波整流电路之分。滤波电路将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤掉，输出表较平滑的直流电压UI。采样电路由电阻R3、R4组成，R3变化反应输出电压U0的变化量，并将这种变化输入到放大电路的反相输入端。放大电路的同相输入端接稳压管的稳定电压Uz,提供基准电压，基本不变。取样电压U2与Uz比较放大，放大电路的输出电压与U2反相。当UI升高或Io减小二导致输出电压Uo升高，则U2升高，从而使放大电路的输出电位（即调整管的基极电位）降低；输出电压Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大

12、，使Uo必将随之减小，而调整管的管压降必将随之增大，使Uo保持基本不变。实验步骤：本实验的主器件有LM317一个，桥堆一个，电阻五个（其中滑动变阻器阻值1K欧姆，固定阻值电阻240欧姆,3欧姆，5100欧姆，33欧姆），电容两个（10pF和10pF）,晶体管2N1711一个，变压线圈一个（匝数比为10:1）导线若干。因为本设计要求输出稳压负电源，并且在一定范围内可调，根据设计的要求，LM317符合这一设计，对于LM317来说，输出电压U0随输出端与调整端之间的总电阻R4与调整端与地的总电阻R3的改变而改变，设输出端的电势为U（相对地），在一定范围内，调整端的电势U0满足U1= (R3R4) +

13、1 由于U0几乎不变，（不同的规格其值略有不同）。根据设计的要求：可选取R3为5.1K欧，R4为240欧一个可调电位器R1为1k来达到设计要求，还有其他一些设计细节在实物电路图中有添入（比如滤波、限流保护）。（后附仿真图）上图为最小输出电压仿真图，下图为最大输出电压仿真图实验三、数字频率计的仿真设计一、实验目的1、利用仿真软件proteus设计一个数字频率计系统2、加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识3、进一步熟悉数字电路系统仿真设计、制作与调试的方法和步骤4、进一步熟悉虚拟仪器（示波器、音频信号发生器、逻辑分析仪、电压表和电流表）使用二、实验工具 PC、proteus7.5仿真软件三、

14、实验要求用仿真软件proteus设计并制作出一种数字频率计，其技术指标如下： （1）频率测量范围： 10 9999Hz 。 （2）输入电压幅度 300mV 。 （3）输入信号波形：任意周期信号。 （4）显示位数： 4 位。 （5）电源： 220V 、 50Hz 四、实验内容与步骤： 1、设计内容 1）数字频率计的基本原理 数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路

15、识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。2）系统框图 从数字频率计的基本原理出发，根据设计要求，得到如图3.1 所示的电路框图。 下面介绍框图中各部分的功能及实现方法 （1）电源与整流稳压电路 框图中的电源采用 50Hz 的交流市电。市电被降压、整流、稳压后为整个系统提供直流电源。系统对电源的要求不高，可以采用串联式稳压电源电路来实现。 （2）全波整流与波形整形电路 本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。按国家标准，市电的频率漂移不能超过 0.5Hz ，即在 1 的范围内。用它作普通频率计的基准信号完全能满

16、足系统的要求。全波整流电路首先对 50Hz 交流市电进行全波整流，得到如图5.1所示 100Hz图5.1 数字频率计框图的全波整流波形。波形整形电路对 100Hz 信号进行整形，使之成为如图5.2所示 100Hz 的矩形波。 图5.2 全波整流与波形整形电路的输出波形 波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。 （3）分频器 分频器的作用是为了获得 1S 的标准时间。电路首先对图1所示的 100Hz 信号进行 100 分频得到如图2（ a ）所示周期为 1S 的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图 5.3（ b ）所示占空比为 50 脉冲宽度为 1S 的

17、方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在 1S 时间内通过控制门的被测脉冲的数目。 分频器由计数器通过计数获得。二分频可以采用 触发器来实现。 （4）信号放大、波形整形电路 为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，图5.3 分频器的输出波形使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。信号放大与波形整形电路的作用即在于此。信号放大可以采用一般的运算放大电路，波形整形可以采用施密特触发器。 （5）控制门 控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用

18、与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。 （6）计数器 计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为 9999Hz ，应采用 4 位十进制计数器。可以选用现成的 10 进制集成计数器。 （7）锁存器 在确定的时间（ 1S ）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的 8 位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。 （8）显示译码器与数码管 显示译码器的作用是把用 BCD 码表示的 10 进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信

19、号，以获得数字显示。 选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。 3）实际电路 根据系统框图，设计出的电路如图5.4 所示。 图中，稳压电源采用 7805 来实现，电路简单可靠，电源的稳定度与波纹系数均能达到要求 .对 100Hz 全波整流输出信号的分频采用 7 位二进制计数器 74HC4024 组成 100 进制计数器来实现。计数脉冲下降沿有效。在 74HC4024 的 Q7 、 Q6 、 Q3 端通过与门加入反馈清零信号，当计数器输出为二进制数 1100100 （十进制数为 100 ）时，计数器异步清零。实现 100 进制计数。为了获得稳定的分频输出，清零信号与输入脉冲“与”后再清零，使

20、分频输出脉冲在计数脉冲为低电平时保持一段时间（ 10mS ）为高电平。图5.4 数字频率计电路图电路中采用双 JK 触发器 74HC109 中的一个触发器组成 触发器，它将分频输出脉冲整形为脉宽为 1S 、周期为 2S 的方波。从触发器 Q 端输出的信号加至控制门，确保计数器只在 1S 的时间内计数。从触发器 端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。 被测信号通过 741 组成的运算放大器放大 20 倍后送施密特触发器整形，得到能被计数器有效识别的矩形波输出，通过由 74HC11 组成的控制门送计数器计数。为了防止输入信号太强损坏集成运放，可以在运放的输入端并接两个保护二极管。 频率计数器由两块

21、双十进制计数器 74HC4511 组成，最大计数值为 9999Hz 。由于计数器受控制门控制，每次计数只在 JK 触发器 Q 端为高电平时进行。当 JK 触发器 Q 端跳变至低电平时， 端的由低电平向高电平跳变，此时， 8D 锁存器 74HC374 （上升沿有效）将计数器的输出数据锁存起来送显示译码器。计数结果被锁存以后，即可对计数器清零。由于 74HC4518 为异步高电平清零，所以将 JK 触发器的 同 100Hz 脉冲信号“与”后的输出信号作为计数器的清零脉冲。由此保证清零是在数据被有效锁存一段时间（ 10mS ）以后再进行。 显示译码器采用与共阴数码管匹配的 CMOS 电路 74HC4

22、511 ,4 个数码管采用共阴方式，以显示 4 位频率数字，满足测量最高频率为 9999Hz 的要求。 2 方法与步骤 1) 器件检测 用数字集成电路检测仪对所要用的 IC 进行检测，以确定每个器件完好。如有兴趣，也可对 LED 数码管进行检测，检测方法由自己确定。 2) 电路连接 在自制电路板上将 IC 插座及各种器件焊接好；装配时，先焊接 IC 等小器件，最后固定并焊接变压器等大器件。电路连接完毕后，先不插 IC 。 3) 电源测试 将与变压器连接的电源插头插入 220V 电源，用万用表检测稳压电源的输出电压。输出电压的正常值应为 5V 。如果输出电压不对，应仔细检查相关电路，消除故障。稳

23、压电源输出正常后，接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。正常情况应观测到如图 13.5(a) 所示波形。 4) 基准时间检测 关闭电源后，插上全部 IC 。依次用示波器检测由 U1(74HC4024) 与 U3A 组成的基准时间计数器与由 U2A 组成的 触发器的输出波形，并与图 13.6 所示波形对照。如无输出波形或波形形状不对，则应对 U1 、 U3,U2 各引脚的电平或信号波形进行检测，消除故障。 5) 输入检测信号 从被测信号输入端输入幅值在 1V 左右频率为 1KHz 左右的正弦信号，如果电路正常，数码管可以显示被测信号的频率。如果数码管没有显示，或显示值明显偏离输入信

24、号频率，则作进一步检测。 6 ）输入放大与整形电路检测 用示波器观测整形电路 U1A(74HC14) 的输出波形，正常情况下，可以观测到与输入频率一致、信号幅值为 5V 左右的矩形波。如观测不到输出波形，或观测到的波形形状与幅值不对，则应检测这一部分电路，消除故障。如该部分电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测控制门。 7) 控制门检测 检测控制门 U3C(74HC11) 输出信号波形，正常时，每间隔 1S 时间，可以在荧屏上观测到被测信号的矩形波。如观测不到波形，则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常 , 并通过进一步的检测找到故障电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计

25、仍不能正常工作，则检测计数器电路。 8) 计数器电路的检测 依次检测 4 个计数器 74HC4518 时钟端的输入波形，正常时，相邻计数器时钟端的波形频率依次相差 10 倍。如频率关系不一致或波形不正常，则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测。正常情况各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。通过检测与分析找出原因，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。 9) 锁存电路的检测 依次检测 74HC374 锁存器各引脚的电平与波形。正常情况各电平值应与电路中给出的状态一致。其中，第 11 脚的电平每隔 1S 钟跳变一次。如不正常，则应检查电路，消除故障。如

26、电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。 10) 显示译码电路与数码管显示电路的检测 检测显示译码器 74HC4511 各控制端与电源端引脚的电平，同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。通过检测与分析找出故障。 实验四、水温自动控制系统设计和制作一 、实验目的 1、利用仿真软件proteus设计一个水温自动控制系统2、进一步理解水温自动控制系统的工作原理。3、学会用仿真软件设计一个电子线路系统二、实验工具PC、proteus7.5仿真软件三、设计要求模拟一个水温自动控制系统，当水温小于或等于20时，系统自动加热；当水温高于或等于50停止加热，并用数码管显示其温度

27、情况，水温测量用热敏电阻，加热及停止用不同颜色的发光二极管显示。四、设计内容及步骤首先进行方案设计，按照设计要求，将系统划分为若干功能模块（即单元电路模块），得到系统框图，然后确定各单元电路要完成的任务，最后得到单元电路的具体结构（即电路的组成方式）。该系统框图如图5-1所示。系统框图说明如下： （1） 信号调理模块由于被测是温度，由设计要求，温度检测用热敏电阻。因为热敏电阻是将温度的变化转换成电阻值的变化，故在系统中应有信号调理电路，其作用是将温度的变化这样一个非电量转换成电信号，然后加以放大。以便后一单元电路检测。信号调理电路的任务是将非电量转换成电量并适当放大。故该模块为放大电路。（2）

28、 水温检测模块水温检测模块的任务是将经转换后得到的温度间接测量值与设计要求所设定的上限温度，下限温度进行比较，从确定对被测对象是加热还是不加热，故该模块电路的形式是参量比较器。（3） 加热/停止加热模块加热/停止加热模块的任务是对水温用电热丝进行加热或停止加热。在这里，是对热敏电阻进行加热，故该单元电路也是放大电路。温度显示模块任务是将当前的温度反映在显示器上，故其作用是将温度的间接值，这样的模拟量转换成数字量加热/停止加热显示部分的作用是将两个不同的状态用不同颜色发生二极管显示出来，这部分电路的任务是两种不同的状态显示，故用开关电路即可2.电路设计与器件设计1）信号调理模块 电路设计 信号调

29、理模块的任务是将非电量转换成电量，然后加以放大，将非电量转换成电量的传感器用热敏电阻。当环境温度发生变化时，热敏电阻的阻值发生变化，利用这一特性，将非电量（温度）转换成电量（热敏电阻上的压降变化），因此，信号调理模块可以用三极管组成的放大电路，还可以用由运算状态组成的放大电路。这里选用由运算状态组成的放大电路最为方便。电路如图3-2所示。由图3-2，由运放组成的放大器为同相比例运算放大电路，其电压增益 ，即 这样，其中热敏电阻上的电压。电路的设计思想是这样的：设热敏电阻在环境温度为时阻值为则=，这样 当选用负温度系数电阻时（关于这点，以后再详细介绍），环境温度越高，则热敏电阻的阻值愈小，设环境

30、温度为时，其阻值为，则此时 ) 这样由于温度变化引起的热敏电阻变化，就通过运算放大器转换成了电信号。采用同相比例运算电路的理由如下：由于同相比例放大电路具有深度电压串联负反馈电路，它的输出电压较稳定，其输出电阻很小，故对后级电路而言，相当于一个电压源，因此带负载能力强。串联型的负反馈其输出电阻增大，这样就减少了对前级电路取用的电流。故对前级电路的测量精度不会产生不良影响。 器件设计a.运放的选择 器件设计要从整个系统的角度来考虑： 是采用双电阻供电的运放还是采用电源供电的运放？ 是采用精度型运放还是采用普通型运放(从价格来考虑)？普通型运放常有的有，其供电电源为 5V18V，且可以用正电源以+

31、5V+18V供电；精度型运放常有的有OP07,其电源供电范围为5V18V通常为12V，且不能单电源供电。综合以上情况，选用运放且采用+5V单电源供电。图3-2所示电路中的电阻及的阻值要结合热敏电阻的具体参数来确定。将热敏电阻的阻值转换成电压的电路可采用分压电路，如图3-3所示。这里分压电压值应在13V，（为什么要这样选择，请同学们自己思考）分压电路的直流电源采用+5V电源。b.热敏电阻的选择热敏电阻从结构上可分为正温度系数电阻和负温度系数电阻，正温度系数电阻（PTC）是当温度增加时，其电阻阻值迅速增大；负温度系数电阻（NTC）是当温度增加时，其电阻阻值呈非线性减小。正温度系数电阻一般应用于电冰

32、箱和压缩机启动电路、彩色电视机消磁电路、电动机过热保护等电路中。负温度系数热敏电阻一般应用于各种电子产品中的温度检测、温度控制等。常用的温度检测用NTC热敏电阻有MF53MF57系列，每个系列又有多种型号，同一类型不同型号的NTC;其标称电阻阻值也不相同。常用测温及温度控制用NTC热敏电阻有MF51系列、MF54系列、MF55系列等,因此,信号调理部分电阻的选择是在选定热敏电阻后来进行的。c.电路外围电路所用元件参数计算电路的设计以选定的热敏电阻系数入手，然后计算出所需要的电压增益，以58系列热敏电阻为例说明计算方法。经查，在时，电阻值为的热敏电阻分段如表3-1：单位：29.394 5 23.

33、31910 18.659 1515.052 2012.229 2510.000 308.225 356.802 405.654 454.721 503.958 553.330从上表知，在常温（）时，热敏电阻的阻值为10。由设计要求，当环境温度为下降至20，系统要加热；当温度上升为50时，停止加热，故查表3-1得：20，对应阻值为12.22950，对应阻值为3.958即当时，当时，分压电路所用电源选为+5。，这样然后再计算所需要的电压增益设所要求的电压增益则，取，这样，当时,此时当时，,此时（Note：为什么取，能否取？）这样得到的电路如图3-所示。2）水温检测模块水温检测模块的任务是将20和5

34、0的相对电压值检测出来，并将这二个电压值提供给加热/停止模块及加热、停止状态显示模块，因此，这部分由电压比较器组成，利用运放的非线性特性来完成，由于对应20和50有两个电压值，故应使用二个电压比较器及信号锁存器来完成。a.对应于20时的检测电路由于采用负温度系数电阻，温度越低，电阻值越大，故采用反相电压比较器，电路如图3-。由信号调理电路输出的电压作用于运放的同相输入端，取，阀值电压代入数据，计算得考虑到电阻的允许误差，用电位器代替，取，这样得到图3-所示电路。其工作原理如下当环境温度大于20时， （实际值为0.3）当温度小于或等于20时，（实际值为3.54.8）b.对应于50时的检测电路由于

35、温度越高，的阻值越小，信号调理输出的电压越低。这样，采用反相电压比较器，即作用于的反相输入端电路如图3-所示。其工作原理如下：当环境温度没有到50时，（实际值为0.3）当环境温度大于或等于50时，（实际值3.54.8）阀值电压的确定：取代入数据1.65得到考虑到电阻的允许误差为故用阻值为50的电位器代替综上所述，对于：20时，时，对于：20时，时，我们用运放、不同的输出状态控制加热/停止电路的工作。由设计要求，当加热，当时，停止加热，由以上分析，将、的输出分别接触发器的置数端及清零端，可达到要求，电路如图3-所示。控制过程如下：a（）当温度到达时，对，对于，。7404_B输出低电平，触发器74

36、LS74输出端0，停止加热。b（20T50）当温度从50逐渐减小到大于20，即20T50对于，74LS04_A输出为高电平对于，74LS04_B输出为高电平这样,D触发器7474输出端状态保持不变，即“0”不变，停止加热。c（）当温度小于时，即时，对于，74LS04_A输出由高电平变为低电平D触发器74LS74置数端0，导致其输出端“1”（实际电压值3.64.5），开始加热。对于，74LS04_输出维持高电平不变d.温度从20逐渐上升至小于50时，即20T50时，对于，输出为高电平触发器置数端1.由其输出状态不变，即“1”不变，继续加热。对于，输出为高电平触发器置数端1.其输出状态仍然不变。综

37、上所述，其逻辑状态表如表3-2所示。3）加热/停止加热控制模块（温度控制）对于水温加热/停止控制模块，按理应该对放置在水中的电热丝加热，但在实验中，我们不可能做一个水箱，然后在水箱中安置电热丝。在实验中，我们通过加热3电阻的方式产生一定温度，然后将热敏电阻靠近3电阻，通过间接加热方式来实现温度的加热/停止。按上述思路，如何做到使3W电阻通电产生热量呢？同学们可能首先考虑到的是用放大电路，使三极管处于放大状态。那么是否可以直接用水温检测电路输出的信号直接控制放大电路呢？换句话说，能否使放大电路一直处于导通状态，即三极管处于持续导通状态，还是处于间歇导通状态，这个问题请同学们自己去思考。加热/停止

38、加热控制模块电路设计按如下思路进行：通过振荡器，产生持续的占空比一定的脉冲信号来控制三极管的导通，此时，三极管处于开关状态（即三极管只有导通和截止二种状态），而且振荡器要处于可控状态，即温度检测控制信号高电平到来时，振荡器工作，产生持续的方波脉冲，使三极管处于间歇工作方式，当三极管导通时，有电流流过3电阻，从而电阻上产生热量，以使热敏电阻感受到；当温度检测控制信号为低电平时，振荡器不产生振荡信号，三极管截止，从而没有电流流过3电阻，即加热/停止加热模块处于不工作状态。振荡器采用NE555构成占空比可调(占空比从2080)的多谐振荡器,电路如图3-所示。其振荡频率660KHz，多谐振荡器输出端连

39、接一开关电路，以控制三极管的导通和截止。 其工作过程如下： 当T20时， Q“1”，振荡点工作。三极管处于间歇开关状态，这时开关电路有间歇电流流过。20/3W电阻发热，安装在它旁边的热敏电阻感受到其温度变化，并将该度变化转换成相应的电阻值，以使后续电路作出判断。在一个振荡周期，三极管导通时间是通过调节其占空比来实现的。当20T50时,由于定时器NE555 脚始终是高电平，则振荡器持续工作。开关电路间歇导通，则热敏电阻温度持续上升。当T50时，定时器NE555 脚为低电平，振荡器停止工作，NE555 脚输出为低电平，三极管T截止，则20/3W电阻无电流流过，热敏电阻温度逐渐下降。4）控制状态显示

40、模块控制状态显示模块实际上是通过一个开关电路使加热/停止加热的两种状态通过发光二极管显出来，这部分电路如图3-10所示。图3-10中，74LS74为温度检测电路中的D触发器74LS74.当t20时， 74LS74 Q=“1”，=“0”（为增强Q端带负载的能力，在其输出端再接2个反相器，以增强带负载能力），则导通，截止，绿灯亮，表示正在加热；当20t50时，由于74LS74输出端Q1不变，则绿灯持续亮，表示加热在继续；当t50时，74LS74端输出1，Q0，则截止，导通，红色发光二极管亮，表示加热停止。还可以采用一种更简单的方法，可用三极管、，直接用LED显示加热、停止加热状态，电路如图3-11

41、所示。在D触发器74LS74 Q及端分别接二个反相器的目的是为了增强其驱动能力。 5）温度显示模块 温度显示模块的任务是将环境温度（2050）在数码管上显示出来，其方法时将热敏电阻随温度的变化值转换成相应的电压值，然后通过三位半LED专用A/D转换显示芯卡ICL7107及共阳极数码管组成的译码显示电路将环境温度显示出来（显示温度范围：2050）其设计思想（设计方法）如下：将表3-1所示不同温度对应的电压值用线段在坐标轴上表示出来，然后得到形如的方程。其中y表示温度，x表示某一温度下的阻值所对应的电压值。（例如时，则），曲线如图-1所示。 我们所用的3位半译码显示驱动集成芯片ICL7107，当输

42、入电压为200mv（最大值）时，数码管显示199.9。若能将中的变量y由温度直接用电压来表示，例如当y=20时，表示y=20mv，对应于ICL7107数码管所显示的数据就是20.0；当y=50时，表示y=50mv，对应于ICL7107数码管所显示的数据就时50.0。这样，由于表达式中的 x单位为伏，转换后的y值衰减1000倍，是毫伏，因而就可以直接通过ICL7107译码并在数码管上显示出来。用三级运算放大器，将电压增益减小1000倍，其中，第一级用求差电路，后二级用反相比例运算电路，即可达到要求。每一级都将前级的输入信号衰减倍。电路设计步骤如下：a、求差电路设计由表3-1得到的曲线如图3-12

43、所示，在图3-12中，沿T=20和T=50两点作一条直线，得到,其中y表示温度，x表示该温度所对应的电压值，经计算得到，然后将y通过运算放大器，直接用电压表示，设所用运放为，则其输出其中为热敏电阻两端的电压。在信号调理模块设计中，由于我们已规定，这样，如用替换式中的，则式变为 其中，单位为伏，单位为伏。要得到式中的运算电路，可利用如图3-13所示的求差电路。对于图3-13所示电路，由于运放工作于线性区，这样对于同相输入端有：对于反相输入端，由叠加原理： 整理得：在上述电阻参数选择中，选择电阻的阻值使，这样就将式衰减了倍。对于式，取，得到对于式，因为所以参考电压可由电阻分压得到，电路如图3-14所示，因为取，由于 ，计算得b、反相比例电路设计由于在求差电路中，已将其输出电压衰减了倍，用二级反相比例电路，将再减小100倍，这样就得到了毫伏级输出电压。电路如图3-15所示。