温控电路的设计与调试
温控电路的设计与调试
一. 实验目的：
１. 学习用各种单元电组成温控电路的方法。
２. 掌握温控电路的安装与调试。
二. 实验要求：
用集成运放设计一个温控电路，温度控制0~100 度可调，温控精度 ± 3℃
三. 设计提示：
温度控制电路的总体设计方案如图12-1 所示，传感器的作用是温度的变化转化为电量，
以改变测温电桥的输出电压，测温电桥的输出电压经差动放大器放大加到电压比较器，控制
电压比较器的输出，再由电压比较器输出的高低电平控制执行电路加热或停止加热。
温度传感器----测温电桥-----差动放大器-----电压比较器----电压比较器----执行电路
１. 温度传感器
对温度敏感的元件称为温度传感器，温度传感器种类较多，有金属材料（铂.铜.镍电阻）
制成的热电阻，有用半导体材料制作饿热敏电阻以及热电偶等等。热敏电阻的温度系数很大，
灵敏度很高，能检测出 温度的变化，故本实验采用热敏电阻。
热敏电阻有负温度系数的热敏电阻（温度升高，阻值减小）ntc和正温度系数的热敏电
阻ptc，ntc和ptc的特性曲线如图12-2 所示，由图可以看出ntc和ptc 都为指数曲线，ntc
晶体管的pn 结是有半导体材料制成的，所以也可作为感温元件，如3dg6 的发射结饿正
向压降，在电流恒定为140ma 时，其发射结压降与温度的关系曲线如图12-3 所示，由图可
以看出，在0—100‘c 范围内，发射结正向压降与温度呈线性关系，温度每升高1℃，pn 结
正向压降变化-2mv/℃。
在测温.控温过程中，当温度变化时，rt 的阻值随之变化，引起电桥输出电压的变化。rw1是温度设定电位器，调节rw1的阻值可以改变控温点。
２ 差动放大器
4、电压比较器与控制电路
电压比较器采用如图12—6 所示的滞回比较器，滞回比较器的阀值电压为：
图12-5 三运放差动放大器
图12-6 比较器与控制电路
改变滞回比较器的参考电压ur 可以改变控温范围，而控制精度则由比较器的滞环带宽
uth1—uh2决定。由设计要求的温控精度可以计算出uth1和uth2，再根据电路给定的u2，ur、
u12、u13中的任何两个量，由12—4、12—5 式计算出其它两个值。
一般加热器由开关电路控制的继电器或可控硅控制，这里用t1、t2 组成的复合管控制，
加热器由100/2w 电阻模拟，实验中将100ω/2w 电阻靠近热敏电阻rt，发光管d 用于加热
显示。
四、参考电路：
将设计提示中的单元电路组合在一志便于工作构成图12—7 所示的温控电路。
图12-7 温度控制电路
温控电路的控制过程是：电路刚接通时│ua-ub│小，vc和导通，15v电源对100ω/2w加热，使加热器温度升高，rr随温度的升高，阻值逐渐减小，ua-ub
逐渐增大，uc随之增大，当uc=uth1时，e点又由高电平跳变到低电平-uz，t1、t2截止，加热器
停止加热，温度降低，rt的阻值增大使│ua-ub│减小，当减小到uc=uth2时，e点又由低电平翻
转到高电平，再次加热，如止循环，使温度恒定。
要求：根据电路中给定元件参数和电压，计算电路的其它参数。
五、温控电路的安装与调试
1.首先在实验板上连接所设计的温控电路，调试成功后再焊到印刷板上。
2.将图12—7 中的b点接地，由a点输入-30mv的直流电压，测uc，计算三运入差动放大镜
器的放大倍数。
3.b点接地，由a点输入-0.5——+0.5 连续可调的直流电压，用示波器观察比较器输出端e点
的跳变，用数字表测量并记录e点发生正负跳变时的输入电压uc，画出滞迥特性曲线。
4.控制温度的标定：
设温度控范围为tl—th，标定温控范围时将rt置于恒温槽中，并与标准温度计的水银体靠
如何改变电路参数？
2.当rw1 阻值增大时，将导致整定温度升高还是降低？为什么？
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１. 学习用各种单元电组成温控电路的方法。
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三. 设计提示：
温度控制电路的总体设计方案如图12-1 所示，传感器的作用是温度的变化转化为电量，
以改变测温电桥的输出电压，测温电桥的输出电压经差动放大器放大加到电压比较器，控制
电压比较器的输出，再由电压比较器输出的高低电平控制执行电路加热或停止加热。
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１. 温度传感器
对温度敏感的元件称为温度传感器，温度传感器种类较多，有金属材料（铂.铜.镍电阻）
制成的热电阻，有用半导体材料制作饿热敏电阻以及热电偶等等。热敏电阻的温度系数很大，
灵敏度很高，能检测出 温度的变化，故本实验采用热敏电阻。
热敏电阻有负温度系数的热敏电阻（温度升高，阻值减小）ntc和正温度系数的热敏电
阻ptc，ntc和ptc的特性曲线如图12-2 所示，由图可以看出ntc和ptc 都为指数曲线，ntc
晶体管的pn 结是有半导体材料制成的，所以也可作为感温元件，如3dg6 的发射结饿正
向压降，在电流恒定为140ma 时，其发射结压降与温度的关系曲线如图12-3 所示，由图可
以看出，在0—100‘c 范围内，发射结正向压降与温度呈线性关系，温度每升高1℃，pn 结
正向压降变化-2mv/℃。
在测温.控温过程中，当温度变化时，rt 的阻值随之变化，引起电桥输出电压的变化。rw1是温度设定电位器，调节rw1的阻值可以改变控温点。
２ 差动放大器
4、电压比较器与控制电路
电压比较器采用如图12—6 所示的滞回比较器，滞回比较器的阀值电压为：
图12-5 三运放差动放大器
图12-6 比较器与控制电路
改变滞回比较器的参考电压ur 可以改变控温范围，而控制精度则由比较器的滞环带宽
uth1—uh2决定。由设计要求的温控精度可以计算出uth1和uth2，再根据电路给定的u2，ur、
u12、u13中的任何两个量，由12—4、12—5 式计算出其它两个值。
一般加热器由开关电路控制的继电器或可控硅控制，这里用t1、t2 组成的复合管控制，
加热器由100/2w 电阻模拟，实验中将100ω/2w 电阻靠近热敏电阻rt，发光管d 用于加热
显示。
四、参考电路：
将设计提示中的单元电路组合在一志便于工作构成图12—7 所示的温控电路。
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温控电路的控制过程是：电路刚接通时│ua-ub│小，vc
逐渐增大，uc随之增大，当uc=uth1时，e点又由高电平跳变到低电平-uz，t1、t2截止，加热器
停止加热，温度降低，rt的阻值增大使│ua-ub│减小，当减小到uc=uth2时，e点又由低电平翻
转到高电平，再次加热，如止循环，使温度恒定。
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