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电饭锅温度控制器设计2010年6月30日1/17电饭锅温度控制器设计目录一、设计要求二．设计作用、目的....................................................................................2三．设计的具体实现................................................................................33.1设计概述.......................................................................................................33.2单元电路设计，仿真与分析....................................................................63.3PCB版电路制作........................................................................................13四．心得体会.............................................................................................14五．附录...............................................................................................................155.1元件明细表...............................................................................................155.2电路原理图.................................................................................................16六．参考文献.............................................................................................17电饭锅温度控制器设计2010年6月30日2/17一、设计要求(1)自主设计电路，了解学习元件性能特性，设计参数，进行MULTISIM仿真并制作PCB电路板。(2)主要设计电饭温温度控制器，实现电饭锅温度加热和保温过程受温度控制，自动切换。使电饭锅的温度稳定保持在65°——70°之间。(3)开启阶段，电路温度较低，温控电阻较大，实现电路加热，三极管导通，红灯亮起。当加热温度达到103°，加热停止，绿灯亮起，进入保温阶段。二．设计的作用、目的模拟电子技术是自动化专业重要的专业基础课程。电子电路设计及制作课程设计是电子技术基础课程的实践性教学的重要环节。通过设计，仿真，制版等相关程序，帮助我们深入了解模电理论知识，熟练掌握相关实践，对我们知识的学习和运用起到积极的作用。电饭煲等家用电器和我们的生活息息相关，温控系统在电饭煲加热和保温过程中都起到重要作用，了解其中的主要工作原理和相关元件性能的应用，制作MULTISIM仿真图和PCB板子是此次设计的主要目的。电饭锅温度控制器设计2010年6月30日3/17温度控制器是电饭煲必不可少的部分，而且绝大多数是智能电脑控制系统，能自动实现温度加热和保温过程，给人们生活带来方便。温控系统不仅应用于电饭煲之中，而且广泛应用于壁挂等加热设备中，是节能采暖综合体系中一个极为突出的最重要的环节。方便——每天自动定时控制提前或延后开关调节电饭煲，免去人工操作，对上班一族日常生活十分必要。节能——温控系统通过三极管导通与否控制双向晶闸管加热开关，从而控制热敏电阻，使电饭煲温度控制在65°~70°之间，省去了不必要的加热过程，起到了节能的作用。安全——性能良好的温度控制器可以随温度变化自动控制电路工作，不会出现加热过久导致失火等现在出现，在方便的同时使用安全放心。我们应该进行深入设计，研究。三．设计的具体实现1．概述本电饭煲温度控制器设计灵感主要来自其他温度控制器的工作原理图和组成部件工作特性，经过仔细设计，组合和仿真之后成型的。电饭煲温度控制器主要由加热和保温两部分组成，总体设计目的就是要实现加热和保温过程自动切换和指示灯的交替开启，全部器件都是为之服务。电路主要由以下几部分器件组成：220V交流电压源，热敏电阻，电容，A741集成运放，滑动电阻和若干普通电阻，晶闸管，电饭锅温度控制器设计2010年6月30日4/17LED发光二极管，二极管和三极管等。电路的总体框图如图1所示，它是由温度信号采取电路、温度信号处理电路、控制温度电路、显示电路四部分构成的。图1电饭锅温度控制总体框图图2加热电路首先，介绍加热过程工作原理。加热是温控的第一过程，主要器件有220V交流电压源，热敏电阻，A741集成运放，三极管以及双向晶闸管等组成。第一，开启阶段电饭煲整体温度较低，由于热敏电阻工作特性（电阻值和温度变化成反比），知电阻值较高，使得A741集成运放的3管脚处于高电平，即（32）。第温度采集信号温度信号处理电路控制温度电路显示电路电饭锅温度控制器设计2010年6月30日5/17二，由于同向输入端输入，管脚6处于高电平，通过电阻R6的电流超过发光二极管LED2的导通电压，使得三极管处于导通状态，从而使双向晶闸管VTH2出发温度上升，加热过程开启，LED2亮起红灯，指示加热过程正在进行。第三，三极管VT集电极为低电平，VTH1处于截止状态，阳极为高电平，VD1也处于截止状态，所以RP2对感温电桥没有影响。加热过程处于独立工作状态。图3保温电路其次，当温度高于103°时，温控电路将开启保温模式，加热过程停止。第一，由于温度上升，导致热敏电阻阻值下降，集成运放A741管脚2电位高于管脚3，管脚6处于低电平状态，不足以使三极管VT导通从而激发双向晶闸管加热。第二，三极管发射极处于高电位，所以晶闸管VTH1处于高电位激励，产生反向触发，由于电流源阳极作用，晶闸管阳极也有触发，所以导致电饭锅温度控制器设计2010年6月30日6/17晶闸管导通，通过电阻R4，使得发光二极管LED1指示绿光，温控电路处于保温工作状态。第三，随着温度变化，使热敏电阻阻值交替变化，从而控制集成运放以及三极管工作状态和管脚电位高低。控制温控电路加热与保温情况交替进行，实现温度控制。以上是电饭煲温控系统设计的总体思路和方案，大体介绍了电路主要部分的划分和组成，介绍了电路加热和保温等过程自动控制的工作原理。2.单元电路设计，仿真与分析下面再具体介绍一下每部分电路的选择、设计及工作原理。首先，电桥电路（如图4）R1210kΩKey=A50%Rp110kΩKey=A50%R16.8kΩR210kΩ14C147nF63图4电桥电路由滑动变阻器RP1,热敏电阻R12电阻R1,R2.组成感温电桥。通过滑动变阻器使电桥达到平衡，对电路起保护和调节作用。电桥的主要作用就是将输入的交流量转化为直流电压。由于热敏电阻的特殊性，找到10K动变阻器替代，通过调节滑动条的阻值起到温度控制电阻变化，达到仿真的效果。其中R2（10K）电阻主要起到开启电桥保险的作用。Uo为输出的直流电压。我认为感温电桥中电阻RP1和电容C1起到的是温度补偿作用，针对其他Uo电饭锅温度控制器设计2010年6月30日7/17对温度适应性不够的影响进行补偿，改善电路稳定性。R3100kΩU1UA741MJG324765125图5反馈回路其次，反馈电阻。反馈电阻R3阻值100K，起到控制输出量，改变电路性质的作用。其他几处电阻主要起到限流和保护电路作用。电阻RL是模拟电饭煲装置，消耗功率。R3越小，温度变化越大。反馈电阻R3的参数计算：根据集成运放的放大倍数得：放大倍数=(Rf+R1)/R1。得R3=100K.第三，介绍集成运放UA741。UA741分为输入级，偏执电路，中间级，输出级。八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥脚为输出端，⑦脚和④脚为正、负电源端，①脚和⑤脚为调零端，①⑤脚之间可接入一只几十KΩ的电位器并将滑动触头接到负电源端。⑧脚为空脚。电饭锅温度控制器设计2010年6月30日8/17图6UA741示意图考虑到uA741性能完善，参数稳定（工作电压±22V,差分电压±30V,输入电压±18V,允许功耗500mW.），差模电压范围和共模电压范围宽,增益高,不需外加补偿,功耗低,负载能力强,有输出保护等特性。本实验选用它为核心器件。电饭锅温控器集成运放主要考虑2，3管脚电位高低。即23时，6管脚为低电平；32时，6管脚为高电平。通过集成运放管脚电平不断的变化，控制电路电平高低变化，从而引导后续三极管，晶闸管等相应变化，调节电路加热和保温过程的自动切换，是电路的核心元件。第四，电路靠交流电压源供电，需要稳压管D3提供稳定的工作电压。稳压管工作原理：反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小，当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然猛增，稳压管从而反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压的变化却相当小，利于这一特性，稳压管访问就在电路到起到稳压的作用了。稳压管主要性能参数包括：稳压电压（0.6~0.8），稳压电流IZmin＜Iz＜IZmax，温度系数，动态电阻Rz（Rz越小，稳压性能越好），额定功率等。电饭锅温度控制器设计2010年6月30日9/17图7稳压管特性曲线第五，电路图中用到晶闸管（单向，双向）。下面介绍一下晶闸管的工作原理和应用依据。晶闸管：是一种大功率的整流元件，它的整流电压可以控制，当供给整流电路的交流电压一定时，输出电压能够均匀调节，单向晶闸管是一个四层三端的半导体器件。图8单向晶闸管结构示意图双向晶闸管：是由N-P-N-P-N五层半导体材料制成的，对外也引出三个电极，其结构如图所示。双向晶闸管相当于两个单向电饭锅温度控制器设计2010年6月30日10/17晶闸管的反向并联，但只有一个控制极。单向晶闸管的特性：当阳极接反向电压，或者阳极接正向电压但控制极不加电压时，它都不导通，而阳极和控制极同时接正向电压时，它就会变成导通状态。图9双向晶闸管分析图由于双向晶闸管正、反特性具有对称性，所以它可在任何一个方向导通，是一种理想的交流开关器件。所以我们选择双向晶闸管作为电路加热和保温自动控制切换开关。单，双向晶闸管都具有触发特性。但是它们的触发控制特性有很大的不同，双向晶闸管无论在阳极和阴极间接人何种极性的电压，只要在它的控制极上加上一个触发脉冲便可以双向导通。电饭煲温控电路的加热过程就是依靠双向晶闸管的导通特性（开启电压6V），当三极管集电极低电平时，双向晶闸管触发开始电饭锅温度控制器设计2010年6月30日11/17加热。当三极管集电极处于高电平时，则有晶闸管工作，阴极触发电压比较大，使得LED发出绿光，进入保温状态。两个晶闸管在电路中控制加热红灯亮起和保温状态下绿灯显示，起到自动控制过程中的指示作用。第六，温控电路主要依据两个发光二极管（即LED红，绿）显示工作状态，作为指示电路灯。LED也是半导体二极管的一种，把电能转化成光能，主要利用二极管的单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光的二极管。使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。发光二极管的压降一般为1.5~2.0V，其工作电流一般