恒溫控制電路設(shè)計(jì)

1、 合艇摩徭HefeiUniversity題目恒溫控制電路設(shè)計(jì)姓_名：指導(dǎo)教師：張為堂完成日期：2011616恒溫控制電路設(shè)計(jì)1.題目分析1.1題目要求設(shè)計(jì)出恒溫控制的電路，要求通過雙向晶閘管的調(diào)壓作用，使負(fù)載電流得以調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載溫度的調(diào)節(jié)，最終使負(fù)載溫度達(dá)到恒定狀態(tài)。1.2分析可以利用熱敏電阻，555定時(shí)器，晶閘管，穩(wěn)壓二極管等電力電子器件實(shí)現(xiàn)恒溫的控制，我們的設(shè)計(jì)思路如下圖當(dāng)實(shí)際溫度T1小于設(shè)定溫度時(shí)T2時(shí)，通過熱敏電阻阻值的改變比較電路電壓的大小，然后通過比較電路來控制溫度控制電路，使電阻絲導(dǎo)通，加熱。當(dāng)實(shí)際溫度T1大于設(shè)定溫度T2時(shí)，通過熱敏電阻阻值的改變來改變比較電路電壓的大小

2、，然后通過比較電路來控制溫度控制電路，使電阻絲斷路，停止加熱。實(shí)際電路的工作原理如下文。2.電路工作原理1.單向可控硅簡介：單向可控硅是一種可控整流電子元件，能在外部控制信號(hào)作用單向可控硅下由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，但一旦導(dǎo)通，外部信號(hào)就無法使其關(guān)斷，只能靠去除負(fù)載或降低其兩端電壓使其關(guān)斷。單向可控硅是由三個(gè)PN結(jié)PNPN組成的四層三端半導(dǎo)體器件與具有一個(gè)PN結(jié)的二極管相比，單向可控硅正向?qū)ㄊ芸刂茦O電流控制；與具有兩個(gè)PN結(jié)的三極管相比，差別在于可控硅對(duì)控制極電流沒有放大作用2.熱敏電阻利用的原理是溫度引起電阻變化若電子和空穴的濃度分別為n、p,遷移率分別為n、卩p,則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為：a=q（npn+

3、ppp）因?yàn)閚、p、pn、pp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低,并能做出電阻-溫度特性曲線這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6C的溫度變化；工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55C315C，高溫器件適用溫度高于315C（目前最高可達(dá)到2000C），低溫器件適用于-273C55C:體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；使用方便，電阻值可在0.

4、1100kQ間任意選擇；易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。熱敏電阻將長期處于不動(dòng)作狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境溫度和電流處于c區(qū)時(shí)，熱敏電阻的散熱功率與發(fā)熱功率接近，因而可能動(dòng)作也可能不動(dòng)作。熱敏電阻在環(huán)境溫度相同時(shí)，動(dòng)作時(shí)間隨著電流的增加而急劇縮短；熱敏電阻在環(huán)境溫度相對(duì)較高時(shí)具有更短的動(dòng)作時(shí)間和較小的維持電流及動(dòng)作電流熱敏電阻，當(dāng)電路正常工作時(shí)，熱敏電阻溫度與室溫相近、電阻很小，串聯(lián)在電路中不會(huì)阻礙電流通過；而當(dāng)電路因故障而出現(xiàn)過電流時(shí)，熱敏電阻由于發(fā)熱功率增加導(dǎo)致溫度上升，當(dāng)溫度超過開關(guān)溫度時(shí)，電阻瞬間會(huì)劇增,回路中的電流迅速減小到安全值.為熱敏電阻對(duì)交流電路保護(hù)過程中電流的變化示

5、意圖。熱敏電阻動(dòng)作后，電路中電流有了大幅度的降低，圖中t為熱敏電阻的動(dòng)作時(shí)間。由于高分子ptc熱敏電阻的可設(shè)計(jì)性好，可通過改變自身的開關(guān)溫度（ts）來調(diào)節(jié)其對(duì)溫度的敏感程度，因而可同時(shí)起到過溫保護(hù)和過流保護(hù)兩種作用。3.555定時(shí)器只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3，555定時(shí)器的功

6、能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3,則比較器C2的輸出為0,可使RS觸發(fā)器置1,使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3,同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0,C2的輸出為1,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出為0電平。它的各個(gè)引腳功能如下：腳：外接電源負(fù)端VSS或接地,一般情況下接地。8腳：外接電源VCC,雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.516V,CMOS型時(shí)基電路VCC

7、的范圍為318V。一般用5V。3腳：輸出端Vo腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平,時(shí)基電路輸出為“0”,該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01“F電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如下。清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0XX0導(dǎo)通直接清零1010導(dǎo)通置01101截止置11001

8、截止置111保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)4.該恒溫控制器電路由電源電路和溫度檢測控制電路組成，如圖所示：恒溫控制器電路圖泄放電阻器R1、整流二極管VD1、VD2、穩(wěn)壓二極管VS和電源電路由降壓電容器C1、濾波電容器C2組成。溫度控制電路由熱敏電阻器RT、電位器RP1RP3、電阻器R2R4、VT和電熱絲EH組成。交流220V電壓經(jīng)Cl降壓、VD1和VD2整流、VS穩(wěn)壓及C2濾波后，為IC提供+9V工作電壓。剛接通電源時(shí)，內(nèi)的溫度低于RP3設(shè)定的控制溫度，此時(shí)RT的阻值較大，IC的2腳和6腳電壓均低于5腳電壓，3腳輸出高電平，VT受觸發(fā)而導(dǎo)通，電熱絲EH通電開始加溫。隨著溫度的不斷上升，R

9、T的阻值逐漸變小，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，IC的2腳電壓大于5腳電壓的l2、6腳電壓大于或等于5腳電壓時(shí)，IC內(nèi)電路翻轉(zhuǎn)，3腳輸出低電平，VT截止，EH停止加熱，溫度開始逐漸下降，同時(shí)RT的阻值也開始增大，使IC的2腳、6腳電壓緩緩下降。當(dāng)IC的6腳電壓低于5腳電壓、2腳電壓小于或等于5腳電壓值的l2時(shí)，IC的3腳又輸出高電平，使VT導(dǎo)通，EH又開始加溫。以上過程周而復(fù)始地進(jìn)行，即可使受控溫度恒定在設(shè)定溫度附近。在EH通電工作時(shí)，VLl熄滅，VL2點(diǎn)亮；在EH斷電停止加溫時(shí)，VLl點(diǎn)亮，VL2熄滅。RPl和RP2用來調(diào)節(jié)溫差，當(dāng)IC的2腳電壓與6腳電壓相同時(shí)，溫差最大；當(dāng)IC的2腳電壓為6腳電壓值的1/2時(shí)溫差為零。改變III的阻值，可改變VT動(dòng)作的靈敏度。3.元器件選擇R1R4均選用1/2W金屬膜電阻器。RP1RP3均選用合成膜電位器。RT選用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，也可用一只3AC或3AX系列的鍺PNP晶體管代替（代替時(shí)晶體管的e極接+9V電源端，C極接RP1，b極懸空）。C1選用耐壓值為400Y以上的CBB聚丙烯電容器或滌綸電容器；C2選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。VD1和VD2均選用1N4007型硅整流二極管。VS選用1W、9V的硅穩(wěn)壓二極管，例