畢業(yè)論文范文 (2)

1、畢業(yè)論文畢業(yè)論文恒溫箱的設計與實現(xiàn)恒溫箱的設計與實現(xiàn)學號學號 12012310271201231027 姓名姓名 陸星柱陸星柱 學院學院 電氣與電子工程學院電氣與電子工程學院 專業(yè)專業(yè) 電氣及自動化電氣及自動化 指導老師指導老師 裴建良裴建良 時間 2016 年 3 月 6 日目目 錄錄摘要摘要 .2ABSTRACT.3第第 1 章章 緒論緒論.41.1 系統(tǒng)背景.41.2 系統(tǒng)概述.4第第 2 章章 設計方案設計方案 .52.1 檢測部分 .52.2 信號處理部分 .72.3 系統(tǒng)方案.10第第三三章章 單單元元電電路路設設計計 .113.1 電源電路 .113.1.1 交流濾波器 .113

2、.1.2 交流電壓變換電路和整流電路 .123.1.3 濾波電路和穩(wěn)壓電路.123.1.3 DC/DC 電路 .163.2 檢測電路 .173.3 控制電路 .183.3.1 差動放大電路的失調(diào) .183.3.2 差動放大電路的調(diào)零 .203.3.3 差動放大電路的溫漂 .213.3.4 差動放大電路的信號處理及放大 .213.3.5 報警電路 .22附錄：電路原理圖附錄：電路原理圖 .24參考文獻參考文獻.25致致 謝謝.26摘要摘要本設計是基于差分放大電路的工作原理，設計的一款通過監(jiān)控溫度的變化，而發(fā)出聲光報警。論文重點闡述了供電模塊、檢測模塊以及差分放大電路模塊的設計原理；通過各種方案的

3、論證能夠選擇最經(jīng)濟、最優(yōu)化、最簡單的電路實現(xiàn)功能。本次做的報警電路以差分放大電路為核心，結(jié)合相關的元器件，達到制作報警系統(tǒng)的目的。其單元電路的難點在于元器件值的選擇和調(diào)試。關鍵詞：熱敏電阻；差分放大電路；雙極性電源；聲光報警關鍵詞：熱敏電阻；差分放大電路；雙極性電源；聲光報警AbstractThis design is enlarges the electric circuit based on the difference the principle of work, design one section through the monitoring temperature change,

4、but sends out the acous to-optics to report to the caution .The paper elaborated the power supply module, the examination module as well as the difference enlargement electric circuit module principle of design with emphasis; Can choose, the optimization economically through each kind of plan proof,

5、 the simple electric circuit realization function. This time does the alarm circuit take the difference enlargement electric circuit as a core, unifies the related primary device, achieves the manufacture alarm system the goal . Its unit electric circuit difficulty lies in the primary device value t

6、he choice and the debugging.Key word: Thermistor; Difference enlargement electric circuit; Bipolarity power source; The acousto-optics reports to the caution。第第 1 章章 緒論緒論1.1 系統(tǒng)背景電吹風機是日常生活中常見的小型電器，使用方便，工作原理簡單，不容易壞，其工作原理主要是電機帶動扇葉和發(fā)熱元件通電發(fā)熱。然而，電吹風機常常因為發(fā)熱元件溫度過高而燒壞，一般導致電吹風損壞的原因都是工作時間過長，發(fā)熱元件過熱而燒斷。為延長電吹風機使用

7、壽命,通過監(jiān)控發(fā)熱元件溫度使其工作在安全溫度范圍,從而保護發(fā)熱元件不因溫度過高而燒壞。1.2 系統(tǒng)概述在學習當中我們發(fā)現(xiàn)，差分放大電路具有工作狀態(tài)穩(wěn)定、極小的溫漂、消除電源波動、良好的抗干擾性，故本設計采用差分放大電路做控制電路，熱敏電阻做檢測電路。第第 2 章章 設計方案設計方案差分放大器設計過熱聲光報警電路的設計要求到溫度達到一定的值時，能實現(xiàn)報警提示，實現(xiàn)監(jiān)控和報警的關鍵在于如何去檢測，如何讓去將檢測信號處理和放大。可供我們選擇的元件有很多，但是在選擇的過程中不可或缺的要考慮經(jīng)濟性、實用性、簡單性等。設計差分放大器設計過熱聲光報警電路的關鍵在于檢測部分和信號處理部分。2.1 檢測部分在檢

8、測的過稱中，檢測的對象是非電量對象溫度，如何將非電量轉(zhuǎn)化成電量，以便檢測和控制，那么就必須用到溫度傳感器。能感受溫度的變化并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器稱之為溫度傳感器。溫度傳感器的分類方法有很多，可按工作方式、測量范圍、性能特點等多方面來分類。本設計從是否與被測介質(zhì)相接觸進行簡單的分為接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器 。1. 接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器 是指傳感器直接與被測物體接觸，從而進行溫度測量。這種方式的特點在于通過直接接觸的方式把被測物體的熱量傳遞給傳感器。但是這樣會降低被測物體的溫度，特別是在被測物體熱容量較小的時候，測量精度會大大降低。通過這種方式的測得的物體真實溫度需在

9、被測物體的熱容量夠大并且大于溫度傳感器。接觸式溫度傳感器 有熱電偶和、熱敏電阻等，利用其產(chǎn)生的熱電動勢或電阻隨溫度的變化的特性來測量物體的溫度。熱電偶是由兩種不同的導體和半導體A 和 B 組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為 TO，稱為自由端 (也稱參考端 )或冷端，則回路就有電流產(chǎn)生，即回路中產(chǎn)生熱電動勢。熱電動勢主要由接觸電動勢與溫差電動勢。在使用熱電偶測溫，必須保持自由端的溫度恒定，而在實際的工作當中，由于熱電偶的自由端靠近工作環(huán)境，使得自由端受到外界因素的影響，為了維持自由端的溫度恒定，必須把自由端牽引到距現(xiàn)場很遠又比較穩(wěn)

10、定的地方，故照成安裝不便和成本投入加大。所以在使用的時候我們必須添加適當?shù)难a償方法，維持自由端溫度的穩(wěn)定。在實際使用當中熱敏電阻一般由半導體構(gòu)成，利用半導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度。在一定的范圍內(nèi)，只要知道熱敏電阻阻值的變化，便可以知道被測介質(zhì)的溫度變化。其工作原理如下若電子和空穴的濃度分別為 n、p，遷移率分別為 n、p，則半導體的電導為： =q（nn+pp） ，因為 n、p、n、p 都是依賴溫度 T 的函數(shù)，所以電導是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線 。熱敏電阻的電阻溫度特性 （圖 2.1-1）可近似地用下式表示：R=R0expB(

11、1/T-1/T0)，R：溫度 T(K)時的電阻值、 Ro：溫度 T0、(K)時的電阻值、B：熱靈敏度指標、 *T(K)=t(ºC)+273.15。圖 2.1-1熱敏電阻包括正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ PTC）和負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC） ，以及臨界溫度熱敏電阻 （CTR） 。其特性圖如下所示（圖 2.1-2） 。從圖 2.1-2 中我們可以看出 正溫度系數(shù)熱敏電阻器（ PTC）和臨界溫度熱敏電阻（CTR）一定的溫度范圍里面，阻值急劇下降或上升，曲線在此區(qū)域里面特別陡峭，靈敏度高。 負溫度系數(shù)熱敏電阻器（ NTC）隨溫度緩慢，連續(xù)性。一般的熱敏電阻的工作溫度在 -100300之

12、間。圖 2.1-22. 非接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器 通過檢測光傳感器中的紅外線來測量物體的溫度，有利用 吸收光而使電子遷移的量子型和吸收光而引起溫度變化的熱型傳感器。測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對最高可測溫度原則上沒有限制。但是造價比較昂貴，適用于特殊的工作環(huán)境。電吹風機的發(fā)熱元件的安全工作溫度在 100，考慮經(jīng)濟和實用性 ，本設計中采用接觸式溫度傳感器 中的臨界溫度熱敏電阻 （CTR） ，臨界溫度熱敏電阻在 60120時阻值發(fā)生劇烈的變化，靈敏度高，能有效的保護電吹風機的發(fā)熱元件。2.2 信號處理部分 電吹風機屬于高溫工作環(huán)境， 外界條件的變化帶給電路的影響，如何解決外

13、界變化的影響，稱為信號處理部分必須解決的問題。而差分放大器因為能有效抑制零點漂移而被廣泛的應用。差分放大電路又稱為差動放大電路（圖2.2-2） ，是一種將兩個輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器，它的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，是一種基本放大電路。這是一種零點漂移很小的直接耦合放大器，常用于直流放大。它可以是平衡輸入和輸出，也可以是單端（非平衡）輸入和輸出，常用來實現(xiàn)平衡與不平衡電路的相互轉(zhuǎn)換以及作為功率放大器和發(fā)射極耦合邏輯電路的輸入級。如果 Q1 Q2 的特性很相似，則 Va ,Vb 將同樣變化。例如，Vb 變化+1V，Vb也變化+1V，因為輸出電壓 VOUT= Va - Vb

14、 =0V,即 Va 的變化與 Vb 的變化相互抵消。 圖 2.2-2若差放的兩個輸入為，則它的輸出 Vout為： 其中 Ad 是差模增益，Ac 是共模增益。因此為了提高信/噪比，應提高差動放大倍數(shù)，降低共模放大倍數(shù)。二者之比稱做共模仰制比（CMRR）。通常以差模增益和共模增益的比值共模抑制比 (CMRR)是用來 衡量差分放大器消除共模信號的能力：由上式可知，當共模增益 Ac0 時，CMRR。Re 越大，Ac 就越低，因此共模抑制比也就越大。因此對于完全對稱的差分放大器來說，其 Ac = 0，故輸出電壓可以表示為：所謂共模放大倍數(shù)，就是 Va，Vb輸入相同信號時的放大倍數(shù)。如果共模放大倍數(shù)為 0

15、，則輸入噪聲對輸出沒有影響。要減小共模放大倍數(shù)，加大 R3就行。通常使用內(nèi)阻大的恒流電路來帶替 R3。 普通的單端輸入放大器是差分放大器的一種，只要將差放的一個輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。在實際應用中 ,溫度變化和電源電壓不穩(wěn)等因素對放大作用的影響，等效于每個晶體管的輸入端產(chǎn)生了一個漂移電壓。利用電路的對稱性可以使之互相抵消或予以削弱，使輸出端的漂移電壓大大減小。顯然，共模增益越小，即電路對稱性越好時，這種漂移電壓也越小。差分放大器的兩種工作方式差模輸入和共模輸入，差模輸入即在兩輸入端加上大小相等、極性相反的輸入信號。在兩輸入端加上大小相等、極性相同的信號即為共模信號。然而在實際電路

16、的應用當中，差分放大器既有有用的差模信號，也有無用的共模信號。故差分放大器廣泛應用于基本單元電路，對差模信號有良好的放大作用和對共模信號有較強的抑制能力。2.3 系統(tǒng)方案本設計由四部分構(gòu)成供電部分、檢測電路、控制電路和報警電路（圖 2.3-1）。供電部分主要是將市電轉(zhuǎn)換為供系統(tǒng)運作的直流電；檢測部分主要是將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化；控制電路將檢測電路輸出的電量進行放大和處理；報警電路當溫度過高時提醒用戶注意。第第三三章章 單單元元電電路路設設計計3.1 電源電路電子設備的正常工作都離不開直流電源。多數(shù)的電子設備要由電力網(wǎng)上的交流電變換為直流電源來供電。電子設備的不同，對電源的要求也不一樣。將

17、交流電變換為各種各樣的直流電的電路稱之為AC/DC 電路。然而當AC/DC 電路的電壓和電子設備要求的電壓不相等時，就必須把供電電壓做變換，以滿足設備的要求，這種將直流變直流的電路被稱之為DC/DC 電路。盡管 AC/DC 電路各種各樣，但他們的組成基本由交流濾波器、交流電壓變換電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等組成，基本框圖如下（圖3.1-1） 。3.1.1 交流濾波器圖 3.1-2 交流濾波器該電路的作用是濾除整流電路產(chǎn)生的尖脈沖以避免其反向傳送到電力網(wǎng)上而干擾其他的電子設備，電路如圖3.1-2 所示。3.1.2 交流電壓變換電路和整流電路交流電壓變換電路的作用是把電網(wǎng)的交流電壓變換為所

18、需的數(shù)值的交流電壓、在經(jīng)過整流濾波后，變成脈動直流電壓。交流變換電路有電源變壓器和電容分壓器兩種，本設計采用的是電源變壓器。電源變壓器輸出電壓可調(diào)且為可調(diào)的功率。圖 3.1-3基本電路如圖 3.1-3 所示，在交流電的整個周期內(nèi)始終有相同方向的電流流過電阻 R4，故在 R4上面得到單方向的全波直流電壓。橋式二極管的整流波形如圖 3.1-4。3.1.3 濾波電路和穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，整流電路的輸出的與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱為紋波。為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的 脈

19、動成分以獲得直流電壓。圖 3.1-4常用的濾波電路有無源濾波和有源濾波兩大類。無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波。有源濾波的主要形式是有源 RC 濾波，也被稱作電子濾波器。直流電中的脈動成分的大小用脈動系數(shù)來表示，此值越大，則濾波器的濾波效果越差。本電路采用電容濾波。當電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖 3.1-5 所示，設初始時電容電壓uC 為零。接入電源后，當 u2 在正半周時，通過 D1、D3 向電容器 C 充電；當 在 u2 的負半周時，通過 D2、D4 向電容器 C 充電，充電時間常數(shù)為式中 包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由于一般很小，電容器很快?/p>

20、充到交流電壓 u2 的最大值 ，如波形圖 3.1-5（b）的時刻。此后，u2 開始下降，由于電路輸出端沒接負載，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值 uC 不變，此時，uCu2，二極管兩端承受反向電壓，處于截止狀態(tài)，電路的輸出電壓，電路輸出維持一個恒定值。實際上電路總要帶一定的負載，有負載的情況如下。 （a）電路圖 （b）波形圖 圖 3.1-5 空載時橋式整流電容濾波電路2帶載時的情況圖 3.1-7 是電容濾波電路在帶電阻負載后的工作情況。接通交流電源后，二極管導通，整流電源同時向電容充電和向負載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在時刻，即達到 u2 90峰值時，u2 開始以正弦規(guī)律下降，此時二

21、極管是否關斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設達到 90后，二極管關斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負載放電，從而維持一定的負載電流。但是 90后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降 的速率小，所以超過 90以后有一段時間二極管仍然承受正向電壓，二極管導通。隨著 u2 的下降，正弦波的下降速率越來越快，uC 的下降速率越來越慢。所以在超過 90后的某一點，例如圖 5(b)中的 t2 時刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關斷。此后只有電容器 C 向負載以指數(shù)規(guī)律 放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到，u2 再次超過 uC，如圖 3.1-6 (b)中的 t3 時刻，二極管重又

22、導電。以上過程電容器的放電時間常數(shù)為電容濾波一般負載電流較小，可以滿足 td 較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù) S 小，輸出平均電壓 UO(AV)大，具有 較好的濾波特性。（a）電路圖 （b）波形圖圖 3.1-6 帶負載時橋式整流濾波電路穩(wěn)壓電路電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定、負載的變化，以及紋波電壓的存在等與因素均會引起整流輸出電壓的不穩(wěn)定。采用直流穩(wěn)壓電路可以克服上述不穩(wěn)定因素的影響，輸出穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓管具有如圖 3.1-7 所示的伏安特性。當工作在反向擊穿區(qū)時，管子的兩端電壓 Uz 稍有變化，通過管子的電流就會有很大的變化，利用這種特性可以構(gòu)成最簡單的直流穩(wěn)壓

23、電路，如圖 3.1-8。圖 3.1-7 穩(wěn)壓二極管特性及符號圖 3.1-8 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓器3.1.3 DC/DC 電路DC/DC 電路通常使用三端集成穩(wěn)壓器來實現(xiàn)，是一種有特定輸出電壓的穩(wěn)壓集成電路。三端是指電壓輸入端、電壓輸出端、和公共接地端。三端IC 穩(wěn)壓主要有四種，固定輸出正穩(wěn)壓器、固定輸出負穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出負穩(wěn)壓器、可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器。由于差分放大電路采用的是雙極性電源供電，為方便統(tǒng)一電壓，本設計采用固定輸出正穩(wěn)壓器和固定輸出負穩(wěn)壓器實現(xiàn)DC/DC 轉(zhuǎn)換。固定輸出正穩(wěn)壓器輸出的正電壓為固定值。命名為78XX 系列，因其最大輸出電流不一樣又分為 78LXX、78XX、78MXX 三種，78L

24、XX 系列最大輸出電流為 100mA、78XX 系列最大輸出電流為 500mA、78MXX 系列最大輸出電流為 1.5A。圖 3.1-7固定輸出正穩(wěn)壓器輸出的負電壓為固定值。命名為79XX 系列，因其最大輸出電流不一樣又分為 79LXX、79XX、79MXX 三種，79LXX 系列最大輸出電流為 100mA、79XX 系列最大輸出電流為 500mA、79MXX 系列最大輸出電流為 1.5A。為獲得雙極性電源，本設計選用 7812 和 7912 作為 DC/DC 電路的穩(wěn)壓模塊。如圖 3.1-7 所示電路可的得到一個 12V 的雙極性電源。 C7 的作用是濾除高頻波紋， C5、C4 的作用是進一

25、步改善輸出的波形。3.2 檢測電路臨界溫度熱敏電阻 （CTR）的阻值在 1000K幾十歐姆之間變化，從圖2.1-2 中我們可以知道當 70130時阻值發(fā)生劇烈的變化，在實際使用過稱中臨界溫度熱敏電阻 與電吹風機的發(fā)熱元件并不接觸，故以80為基準點，大致認為在 80時 CTR 的阻值為 10K。實際電路如圖 3.2-1。 圖 3.2-1 圖 3.2-2根據(jù)臨界溫度熱敏電阻 （CTR）阻值和溫度的關系?？梢援嫵鰴z測電路輸出電壓與阻值的關系。3.3 控制電路3.3.1 差動放大電路的失調(diào)在前面所講的差分放大電路的工作原理當中，有一點一直被提及，那就是對稱性，然而由于制造工藝的原因，在一個較寬的溫度范

26、圍里，電阻Rc的失配約為 1，三極管發(fā)射結(jié)反向飽和電流的失配約為5，相鄰的三極管 值的失配約為 10，故差分放大電路的各元件達不到對稱的原則，從而影響差分電路的性能，導致零輸入的時候輸出電壓不為零。輸入電壓失調(diào)為了使實際的差分放大電路在零輸入的時候雙輸入端電壓為零，需要人為的加入一些補償信號，稱為失調(diào)電壓Vio，失調(diào)電壓可為負也可為正，定義為：Vo 為輸入端為零時，雙端輸出電壓； Avd 為差分放大電路的差模電壓增益。失調(diào)電壓主要是由集電極和發(fā)射結(jié)的失配引起的，并和溫度成正比。通過對式子的近似變換可以得到輸入失調(diào)電壓Vio 的表達式：mv)05. 001. 0(05. 0,01. 01111Q

27、IOQIOVVIIRRIIRRVV輸入電流失調(diào)對三極管組成的差分放大電路（圖 2.2-2），輸出端的失調(diào)還可以用輸入端的電流來補償，從而使差分放大電路的輸出端電壓為零，這個補償電流稱為輸入補償電流（Iio）。1122112121212RRIIIIIIIIIIIIIBioRRQQioQQBQQioBBBBBB輸入失調(diào)電流主要由 值引起，其典型值約為 Ib 的 10 ?？梢姡瑴p小差分放大電路的基極偏置電流，可以有效的減小輸入失調(diào)電流Iio。3.3.2 差動放大電路的調(diào)零由于差分放大電路存在失調(diào)，因而實際電路中需要設法進行補償。本設計是采用在外電路中設置調(diào)零電位器，通過實地的調(diào)整，做到零輸入時零輸出，如圖 3.3-1。圖 3.3-1然而由于調(diào)零電位器的設置，會影響到差分放大電路的性能指標，對圖3.3-1 所示電路，無論 R3 的動臂移至何處，其差模增益為：2131R