模电实习报告——温度报警器

-1-温度报警器1.1设计任务书课程设计任务书组内学生姓名人数院系名称专业自动化班级、学号指导教师姓名职称从事专业自动化题目名称温度报警器一、课程设计的目的、意义温度是一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着现代工农业技术的发展及人们对生活环境要求的提高，人们也迫切需要检测与控制温度。温度报警器广泛应用于工农业生产以及日常生活中：环境温度检测，机房温度监测及报警，蔬菜大棚、花窖、鱼塘水温监测，工厂用的烘箱、电炉，汽车低温报警（提示司机路面结冰），实验室，冷库、仓库温度监测及报警等等，其研究具有一定的学术价值和广泛的市场前景。二、课程设计的主要内容、技术要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）主要内容：设计一个电路，当温度过低时两个LED灯均不亮，达到一定温度时，绿灯亮起，当温度超过指定温度时，红灯发出警示亮光，通过调节技术要求：1.掌握温度报警器的组成、工作原理。2.了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力。3.使用AD6软件绘制一个温度报警器的电路图。4.在设计电路的过程中熟练掌握LM393芯片以及由他构成的各种电路的结构和用途。附件二：课程设计任务书示例SY-027-2-三、课程设计完成后应提交的成果1.日志：用来记录实习的进程。2.实习报告：用来报告温度报警器原理及制作过程。3.焊接成品：温度报警器。四、课程设计的工作进度安排周一：确定温度报警器的课题，查找资料，搞明白内部原理及结构。周二：购买电子元器件，弄清楚各个器件的功能。周三：书写日志，记录每天进程，总体设计各个元器件在万用板的排布。周四：进行焊接的任务，一一进行焊接。周五:查找各种资料，书写报告。五、主要参考资料[1]李银华，电子线路设计指导：北京航空航天大学出版社[2]童诗白，模拟电子技术基础：高等教育出版社[3]秦进平，数字电子与EDA技术：中国电力出版社。六、备注指导教师签字：年月日教研室(系)主任签字：年月日-3-1.2系统总体设计方案R310KR55KR45KR610KQ19013Q2901318273645P1NE55520KR11KR220K12VGND10KR1110KR121KR710KR810KR1410KR1510KR91KR10D11KR13D21KR16图1.1温度报警器原理图此电路由两部分组成，第一部分是由电阻R3—R6所组成的参考电压电路，其中R1为可变电阻，R2为温度传感器。第二部分是由比较器构成的温度范围测量电路。第三部分是由三极管，发光二极管等组成的显示电路。参考电源产生的功能是产生两个稳定的电压，这两个电压代表温度范围的上限值和下限值。首先，两个比较电压分别输入到两个比较器中，正常状态下测量电压介于上限值与下限值之间，下限值比较器输出高电平，绿色LED灯点亮，当温度过低时，两比较器均输出低电平，两灯均熄灭，当温度过高时，两比较器均输出高电平，此时红灯也被点亮，发出警示红光。1.3系统分析与设计1.3.1LM393比较器简介该电路的特点如下：比较器数为两个，工作温度范围在0°C--+70°C之间，工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源：±1～±18V；消耗电流小，输入失调电压小，共模输入电压范围宽，输出与TTL，DTL，MOS，CMOS兼容。LM393是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端-4-有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC(集成电路板integratedcircuit，缩写：IC)并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要。比较器的所有没有用的引脚必须接地。LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围2.0~30V无关。通常电源不需要加旁路电容。差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。LM393的输出部分是集电极开路，发射极接地的NPN输出晶体管，可以用多集电极输出提供或ORing功能。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制。当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升.输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。1.3.2热敏电阻简介热敏电阻是开发早、种类多、发展较成熟的敏感元器件．热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性度极差，并且与生产工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热-5-敏电阻曲线。热敏电阻体积非常小，对温度变化的响应也快。但热敏电阻需要使用电流源，小尺寸也使它对自热误差极为敏感。热敏电阻的主要特点是：1.灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；2.工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；3.体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；4.使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；5.易加工成复杂的形状，可大批量生产；6.稳定性好、过载能力强。热敏电阻的参数：1.标称阻值Rc：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。2.实际阻值RT：在一定的温度条件下所测得的电阻值。3.材料常数：它是一个描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标，B值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。应注意的是，在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加。4.电阻温度系数αT：它表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。5.时间常数τ：热敏电阻器是有热惯性的，时间常数，就是一个描述热敏电阻器热惯性的参数。它的定义为，在无功耗的状态下，当环境温度由一个特定温度向另一个特定温度突然改变时，热敏电阻体的温度变化了两个特定温度之差的63.2%所需的时间。τ越小，表明热敏电阻器的热惯性越小。6.额定功率PM：在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续负载所允许的耗散功率。在实际使用时不得超过额定功率。若热敏电阻器工作的环境温度超过25℃，则必须相应降低其负载。7.额定工作电流IM：热敏电阻器在工作状态下规定的名义电流值。8.测量功率Pc：在规定的环境温度下，热敏电阻体受测试电流加热而引起的阻值变化不超过0.1%时所消耗的电功率。9.最大电压：对于NTC热敏电阻器，是指在规定的环境温度下，不使热敏电阻器引起热失控所允许连续施加的最大直流电压；对于PTC热敏电阻器，是指在规定的环境温度和静止空气中，允许连续施加到热敏电阻器上并保证热敏电-6-阻器正常工作在PTC特性部分的最大直流电压。10.最高工作温度Tmax：在规定的技术条件下，热敏电阻器长期连续工作所允许的最高温度。11.开关温度tb:PTC热敏电阻器的电阻值开始发生跃增时的温度。12.耗散系数H：温度增加1℃时，热敏电阻器所耗散的功率，单位为mW/℃。1.4焊接与调试1.4.1焊接此次焊接使用的是万用板，其优点是可以自行发挥、随意设置导线的布局与元器件之间的距离。万用板的焊接方法，一般是利用细导线进行飞线连接，飞线连接没有太多的技巧，但应尽量做到水平和竖直走线，整洁清晰。现在有种方法叫锡接走线法，工艺不错，性能也稳定，但比较浪费锡。纯粹的锡接走线难度较高，受到锡丝、个人焊接工艺等各方面的影响。如果先拉一根细铜丝，再随着细铜丝进行拖焊，则简单许多。万用板的焊接方法是很灵活的，因人而异，找到适合自己的方法即可。下面为焊接万用板的一些技巧：1.初步确定电源、地线的布局电源贯穿电路始终，合理的电源布局对简化电路起着十分关键的作用。某些万用板布置有贯穿整块板子的铜箔，应将其用作电源线和地线;如果无此类铜箔，也需要对电源线、地线的布局有个初步的规划。2.善于利用元器件的引脚万用板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。3.善于设置跳线特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且要美观得多。5.善于利用排针排针有许多灵活的用法。比如两块板子相连，就可以用排针和排座。排针既起到了两块板子间的机械连接作用，又起到电气连接的作用。这一点借鉴了电脑的板卡连接方法。6.在需要的时候隔断铜箔在使用连孔板的时候，为了充分利用空间，必要时可用小刀割断某处铜箔，这样就可以在有限的空间放置更多的元器件。-7-7.充分利用双面板双面板比较昂贵，既然选择它就应该充分利用它。双面板的每一个焊盘都可以当作过孔，灵活实现正反面电气连接。8.充分利用板上的空间芯片座里面隐藏元件，既美观又能保护元件。下图为焊接成品：图1.2温度报警器实物图1.4.2调试在接入电源之前，要对电路版进行全面的检查将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分正常。测量电路各点的电位关系是否正常，改变可变电阻的阻值来模拟温度的变化，测量比较器的输出电压如输入电压之间的关系是否正确。-8-1.5结论及心得体会本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。设计的过程中遇到过挫折和困难，当我们发现电路连接完却不能正常运行时大家都很沮丧，但我们又立刻振作起来，与别组同学进行了探讨。课程设计时很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。同时我认为我们的工作是一个团队的方式进行的，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。本次课程设计加深了我们对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。而用实际器件搭建电路，培养了我们学生分析问题、解决问题的实践能力。在本次课程设计中受益匪浅，为将来的学习，毕业设计以及工作打下坚实的基础。总之，通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件的使用，在平时的理论学习中遇到的问题都一一解决，加深了我对专业的了解，培养了我对学习的兴趣，为以后的学习打下了好的开端，我受益匪浅。同时，让我明白：这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获，正所谓“实践是检验真理的唯一标准”。