模电课程设计中的温度测量电路有哪些关键要素？

导读：" 模拟电子技术（模电）是电子工程中的一门重要课程，涵盖了电路设计与分析的基础知识。在模电课程设计中，温度测量电路是一个常见的设计项目。温度测量电路的设计需要考虑多个关键要素，以确保测量结果的准确性和稳定性。下面是模电课程设计中温度测量电路的关键要素：。1."

　　模拟电子技术（模电）是电子工程中的一门重要课程，涵盖了电路设计与分析的基础知识。

　　在模电课程设计中，温度测量电路是一个常见的设计项目。

　　温度测量电路的设计需要考虑多个关键要素，以确保测量结果的准确性和稳定性。

　　下面是模电课程设计中温度测量电路的关键要素：。

　　1.温度传感器：选择合适的温度传感器对于温度测量电路的设计至关重要。

　　常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻、温度敏感电容等。

　　根据具体应用需求，选择适合的传感器类型和规格。

　　2.放大器：温度传感器的输出信号往往较小，需要通过放大器进行信号放大，以提高测量精度。放大器的设计需要考虑输入阻抗、增益、带宽等参数，以满足温度测量的要求。

　　3.滤波器：温度传感器信号中可能存在噪声干扰，为了提高信号质量，可以在电路中加入滤波器。滤波器的设计需要考虑滤波器的类型（如低通、高通、带通等）、截止频率等参数。

　　4.参考电压源：温度测量电路中常用到参考电压源，用于提供稳定的参考电压。参考电压源可以通过电阻分压、稳压二极管、运算放大器等方式实现。

　　5.A/D转换器：温度测量电路的输出信号需要转换为数字信号进行处理和显示。选择合适的A/D转换器对于测量结果的准确性至关重要。

　　6.电源电路：温度测量电路需要稳定的电源供电。电源电路的设计需要考虑电压稳定性、噪声、纹波等因素。

　　7.校准和校准装置：为了确保温度测量结果的准确性，需要进行定期的校准。校准装置可以是标准温度源、标准电阻等，用于与测量电路进行比较。

　　温度测量电路的设计需要综合考虑上述关键要素，以确保测量结果的准确性、稳定性和可靠性。通过合理的设计和实施，可以实现精确的温度测量，满足各种应用需求。

模电课程设计 水温测量仪

第二章水温测量仪的设计

2.1总体结构框图设计

　　制作水温测量仪，首先利用温度传感器获取被测量对象的温度，将温度转换为电压表示。

　　然而上述表示的为绝对温度与电压的转换关系，因此还需将绝对温度与电压的关系转换为摄氏度与电压的关系，这样就完成电压与摄氏度之间的直接转换关系。

　　之后将电压放大，即可直接用电压表读出被测对象的温度值。

　　此外将放大后的电压接至一电压比较器，比较器输出端接报警设备，如指示灯。

　　在设置比较电压（即比较温度）后，由比较器输出端的电压决定指示灯的状态，进而起到报警的作用。

　　基本原理如图2.1.1所示：。

图2.1.1基本原理图

2.2温度检测电路设计

图2.2.1集成温度传感器AD590

2.2．1AD590简介:

　　AD590是AD公司利用PN结正向电流与温做毁粗度的关系制成的电流输出型两端温度传感器，如图2.2.1所示。

　　这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源。

　　该器件具有良好的线性和互换性，测量精度高，并具有消除电源波动的特性。

　　即纯镇使电源在5～15V之间变化，其电流只是在1μA以下作微小变化。

　　其主要参数如表2.2.1所示：。

工作电压4～30V反向电压－20V

工作温度－55～＋150℃焊接温度（10秒）300℃

保存温度－65～＋175℃灵敏度1μA／K

正向电压＋44V

表2.2.1AD590参数表

2.2.2AD590的应用

　　AD590输出阻抗达10MΩ，转换当量为1μA/K。温度—电压转换电路如图2.2.2所示：

图2.2.2温度—电压转换电路

　　温度—电压转换分析：如图2.2.2所示，当将AD590置于水中时，根据水温多少将提供恒流，方向如图所示。由于在Uo输出端接一电压跟随器从而增大输入阻抗，电流几乎全部流经电阻R。

由AD590转换当量可知：

U01=UR=1μA/K×R=R×10-6/K(2.2.1)

在实际应用中可取R=10KΩ，则:

U01=10mV/K(2.2.2)

　　这样可以实现温度—电压的转换，取的所需电压。

2．3K—℃变换

2.3．1K—℃变换减法电路

　　实现温度—电压转换后，不能直接测量，仍需将绝对温度转换为摄氏度，即实现K—℃变换。绝对温度（T）与摄氏度（t）之间的关系为：

T=t 273k（2.3.1）

由式（2.2.2）与式2.3.1可知要实现K—℃变换，必有：

Uo2=10mV/℃―2.73V(2.3.2)

该变换可用一个求和式加法器实现，如图1.3.1所示：

图2.3.1求和式加法器

　　求和式加法器分析：在理想运放的情况下，利用虚短与虚断。有如下关系：

-UR/R2 U01/R1=U02/Rf1(2.3.2)

设R2=R1=Rf1（2.3.3）

解式（2.3.2与式（2.3.3）得：

(1.3.5)

U02=（U01-UR）(2.3.4)

2.3.2电压的放大

放大器

　　设计一个反相比例放大器，使其输出u03满足100mV/℃。用数字电压表可实现温度显示。

图2.3.2

放大器的关余迟系式：

　　U03/R4=U02/R3；

由R4/R3=10得

U03=10U02

2.4比较器

2.4.1电压比较器原理：

　　由电压比较器组成，如图3所示。UREF为报警时温度设定电压，Rf2用于改善比较器的迟滞特性，决定了系统的精度。

由上式可知温度与电压之间的关系：

U=0.1V/℃

　　将放大后的电压接直流电压表，即可直接读的温度值,如:将AD590放入20℃的水中，可读得电压表的值为2V。

　　图2.4.1(a)所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相的输入端，输入电压ui加在反相的输入端。

(a)（b）

图2.4.1电压比较器原理原理图

　　图2.4.1(b)所示为其传输特性。

　　当Ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。

　　输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即Uo＝UZ。

　　当ui＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即Uo＝－UD。

　　因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。

2.4.2运算放大器比较器

　　以上介绍的是最简单的电压比较器原理。

　　比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。

　　图2.4.2由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压Va经分压器R2、R3分压后接在同相端，Vb通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与Va、Vb及4个电阻的关系式为：。

Vout=(1 RFR1)(R3R2 R3)Va-RFR1Vb(2.4.1)

若R1=R2，R3=RF，则:

Vout=RFR1(Va-Vb)，(2.4.2)

　　RF/R1为放大器的增益。

　　当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。

　　增益成为无穷大，其电路图就形成图2.4.3的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。

　　实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。

　　因此为了实现报警功能，可在输出电压端接一个电压比较器，利用电压的大小关系起到报警作用。

2.4.3图

2.4.3比较器实例

　　在本实例中采用图2.4.4比较器。

　　其中电阻参数取：R3=R4=10KΩ，Rf2=1000KΩ，在图2.4.4所示VCC3为报警时的温度设定电压。

　　R3，R4用于稳定输入电压，决定了系统的精度。

　　而Rf2用于报警设备的输入电阻，用于控制输入电流的大小。

图2.4.4水温测试仪电压比较器电路

2.5报警设备

LED发光二极管：

　　报警设备可用一个发光二极管来充当，发光二极管LED，它是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写。发光二极管发热量小，耗电少。

发光二极管有很多优势：

　　1.电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。

2.效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%

3.适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境

4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%

5.响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级

6.对环境污染：无有害金属汞

报警分析：

　　当加与U2端的电压大于设定温度Uref时，U3有了正向输出，二极管LED导通，发光，报警完成。

水温测量仪运作过程总析

将上述器件加以组合得到图2.6.1所示：

　　水温测量过程及报警分析：将AD590放入水中，将会产生相应大小的电流，电流经过Ro，在Ro两端产生电压，进而由一个运放组成的电压跟随器输出。

　　然而经过绝对温度与电压的转换后还需要变换为摄氏度与电压的关系。

　　于是在电压跟随器后接一个求和加法器以达目的，即加上一个-2.73V的电压。

　　可以利用稳压管和运放电路来提供所需要的-2.73V电压。

　　之后可将电压跟随器的输出电压与上式所求得的电压接至求和加法器的两端。

　　在加法器（放大器）作用之后，我们获得电压与温度的直接关系。

　　在U03端接一电压表，即可读的温度值。

　　比如水的温度为12℃，则电压表的示数为1.2V。

　　完成了电压的读取，还需进行电压比较以达到报警的目的。

　　在1.5节中已经讨论了比较器的原理。

　　设计所要求的报警温度为50℃，即比较电压为5V。

　　所以应该在比较器比较端VCC3接5V的恒压源。

　　当输出电压U03<5V时，U04<0。

　　此时二极管截止。

　　当输出电压>5V时，U04>0。

　　此时二极管导通,LED发光。

　　报警过程完成。

　　在实际应用中，我们取VCC1=12V。

第三章水温测量仪的仿真与制作

3.1仿真软件简介

　　EWB是一种电子电路计算机仿真软件，它被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称为ElectronicsWorkbench。

　　EWB是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于1988年开发的，自发布以来，已经有35个国家、10种语言的人在使用。

　　EWB以SPICE3F5为软件核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能。

　　SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自1972年使用以来，已经成为模拟集成电路设计的标准软件。

　　EWB建立在SPICE基础上，它具有以下突出的特点：。

　　（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

　　（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

　　（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

　　（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

　　（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

3.2仿真电路的建立

　　我们用EWB建立电路模型，由于没有AD590，我们可以利用一个恒流源代替AD590提供电流，比拟温度的采样。

　　被减电压2.73V我用了一个2.73V的电池来代替。

　　电路模型如图3.1.1，图3.1.2所示：。

3.3仿真效果分析

　　设置好电路以后，我们开始仿真。由于我们用了一个恒流源代替了AD590，即用电流源比作电压的获得。

　　1，取电流源电流值为200uA，即绝对温度200K，转换为摄氏度为-73℃。

　　电压表读值为-7.3。

　　可见与理论值相同，此时温度比50度小。

　　比较器输出为负值。

　　二极管不导通。

　　图中二极管未发光（双箭头所示）。

　　2，取电流源电流值为333uA，即绝对温度333K，转换为摄氏度为60℃.电压表为6V。

　　与理论相同，由于温度比50度大，电压U2>VCC3.比较器输出正值，由于理想运放的缘故。

　　图中电压表读出值为19.8V是一个不确定正值。

　　二极管在U3的作用下导通，发光（双箭头）.。

　　由此可见理论值与实际值符合得很好。温度能够测得。

模电课程设计——温度测量电路

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急!作业: 设计一个温度测量电路。-不是画电路图,而是设计一个简单系统...

设计思路：

　　（1）对温度进行测量、控制并显示，首先必须将温度的度数（非电量）转换成电量，然后采用电子电路实现题目要求。可采用温度传感器，将温度变化转换成相应的电信号，并通过放大、滤波后送A/D转换器变成数字信号，然后进行译码显示。

　　（2）恒温控制：将要控制的温度所对应的电压值作为基准电压VREF，用实际测量值与VREF进行比较，比较结果（输出状态）自动地控制、调节系统温度。

　　（3）报警部分：设定被控温度对应的最大允许值Vmax，当系统实际温度达到此对应值Vmax时，发生报警信号。

　　（4）温度显示部分采用转换开关控制，可分别显示系统温度、控制温度对应值VREF，报警温度对应值Vmax。

原理框图：

三、单元电路设计与参数计算

　　⑴传感器可以采用铂电阻R10、精密电阻和电位器R20组成测量电桥，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器双端输入信号，将信号放大后由低通滤波器将高频信号滤去。如图1所示。

　　在0oC,调节R20，使显示器显示0oC。

　　在50oC时，调节放大器的增益（调节电位器R21），使显示器显示50oC。

　　注意放大的输出电压不允许大于A/D转换器的最大输入电压值。

　　⑵被测温度信号电压加于比较器（Ⅰ）与控制温度电压VREF进行比较，比较结果通过调温控制电路控制执行机构的相应动作，使被控系统升温或降温。

　　⑶当控制电路出现故障使温度失控时，使被控系统温度达到允许最高温度对应值，用声、光报警电路发出警报，值班人员将采取相应的紧急措施。

　　⑷开关S1可分别闭合系统温度、控制温度电压源皮VREF和报警温度电压，通过A/D转换器将模拟量转换成数字量，显示器显示出相应的温度数值。

单元电路分析：

　　1．测量温度电路：传感器采用铂电阻、精密电阻和电位器组成测量电桥，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器双端输入信号，通过放大然后输出。

　　2.滤波电路：低通滤波器将高频干扰虑去，稳定电压值。

　　3．译码显示电路：因为在EWB10的软件中找不到直接十进制的译码器，AD转换器是十六进制，而设计要求是十进制显示。所以我们在此分为两种方案

　　方案一：AD转换器将模拟电压信号转化为数字信号并直接通过LED数字译码显示器显示。

　　方案二：AD转换器将模拟电压信号转化为数字信号，通过加法器、比较器、与非门接连成十进制译码器通过LED数字译码显示器显示。

电路说明：

　　（1）、AD转换的高4位输出到比较器（U12）的A0~A3，低4位放到比较器（U13）的A0~A3。

　　（2）、十六进制计数器（U8）输出端QA～QD接到比较器（U12）的B0~B3，十六进制计数器（U4）输出端QA～QD接到比较器（U13）的B0~B3，低位的十六进制计数器（U4）经过与门接脉冲XFG2。

　　（3）、十进制计数器U9、U10、U11按从低位到高位连接，低位经过与门接与十六进制计数器（U4）接的脉冲XFG2。

　　（4）、通过两个比较器之后，当B大于A的时候，通过与门和非门的组合输出一个低电平，把脉冲截止，停止计数。

　　（5）、所得的数就是十六进制转换成的十进制数。

　　（6）、脉冲XFG3控制十进制计数器U17，当计数器输出都为高电平时通过或非门得到一个高电平，控制十进制计数器U9、U10、U11和十六进制计数器U4、U8同时清零，重复计数。

　　通过两个方案比较，因为EWB10软件的限制，找不到一个可以橡仔直接把八位二进制数转换成8421BCD的芯片，另外方案二电路比较复杂，它是通过计数器把十六进制转换成十进制，译码显示速度比较慢，有雹如差可能看到数字计数时比较混乱，不能时时看到温度变化，所以最后选取方案一进行实验。

　　4.两个开关J1、J2分别控制3个输入端，随时查看实时温度、报警温度和控制温度。

　　5.电压通过比较器与特定值比较，高于额定值时发出蜂鸣与报警。

　　6.电压通过比较器与特定值比较，低于特定值时发热，高于特定值时制冷。

四、总原理图及元器件清单

1．总原理图

2．元件清单

元件序号

型号

主要参数

数量

备注

R1、R2、

电阻

100欧

2

R10

铂电阻

100欧

1

R20

滑动电阻

100欧

1

R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R11、R21

电阻

1000欧

8

C1、C2

电容

2

Vcc

电源

9V

7

Vdd

电源

3V

4

Vee

电源

-9V

2

R18

电阻

709欧

1

R12

电阻

847欧

1

R13、R22

电阻

750欧

2

R19、R23

电阻

70欧

2

R16、R17

电阻

933欧

2

R14、R15

滑动电阻

847欧

2

D1

二极管

1N1202C

1

T1、T2、T3、T4

三极管

BC548B

4

U7

放大器

741

1

U1、U2、U3

集成运放

OPAMP

3

XFG1、XFG2、XFG3

信号发生器

XFG

3

A1

A/D转换器

ADC

1

U5、U6

7段LED

DCD_HEX

2

LED1、LED2、LED3、LED4

发光二极管

LED

4

J1、J2

开关

开关

2

U09、U10、U11、U17

十进制加法器

74192

4

U12、U13

比较器

7485N

2

U4、U8

十六进制加法器

74161N

2

U18A、U19A、U21A

与门

74HC08D_2V

3

U20A

与非门

74HC01D_2V

1

U22

非门

NC7ST04_5V

1

U23A

四输入或非门

BC548B

1

五、安装与调试

　　1、使用仿真软件EWB10进行仿真。

　　2、各部分单元电路进行测试。

　　3、测试成功后，把各部分单元电路连接起来。

　　4、开始仿真，按要求调节各项参数。

　　5、通过R18、R12串联分压把温度控制在120oC之内，使系统符合设计要求。

　　6、将开关J2拨到A端，调节滑动变阻器R10、R20使译码器显示0oC。

　　在50oC时，调节放大器的增益（调节电位器R21），使显示器显示50oC。

　　测试表明，系统符合要求，能实现测量温度功能。

　　7、将开关J2拨到D端，将开关J1拨到B端，通过可调变阻器R15调节控制报警温度，再通过可调变阻器R14调节报警温度，当调到高于控制报警温度，报警指示灯LED1、LED2就会亮，测试表明，系统符合要求，能实现报警功能。

　　8、将开关J2拨到D端，将开关J1拨到C端，调节控制温度，当控制温度高于现时温度时，发热指示灯LED4亮，制冷LED3灭；控制温度低于现时温度时，发热指示灯LED4灭，制冷指示灯LED3亮。

六、性能测试与分析

　　1、传感器可以采用铂电阻、精密电阻和电位器组成测量电桥，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器双端输入信号，将信号放大后由低通滤波器将高频信号滤去。

　　2、A/D转换器以 9V作为基准电压VREF,差动放大器输出的电压与基准电压VREF进行比较，输出相应的二进制数。

　　3、比较器，将传感器可以采用铂电阻、精密电阻和电位器组成测量电桥，电桥的输出电压作为运放构成的差动放大器的输出电压与控制电压或者报警电压通过比较器进行比较，输出高低电平，控制报警或者发热制冷。

　　4、测量温度为0~1200C，精度为±0．50C；整体调试无错误，但受软件限制，代表热敏电阻的滑动电阻R10难以微调，所以精确度受限于现实中热敏电阻。

　　5、将开关J2拨到D端，将开关J1拨到C端，控制滑动变阻R15，温度连续可调，精确度可以控制在±1OC的范围，不过滑动变阻受限于软件难以微调，控制范围可能会有偏差。

　　6、假设报警温度400C，当现实温度大于或等于400C的时候比较器会输入一个电压值控制三极管导通，使报警系统触发。滑动变阻器R14可以连续控制报警温度，不过也受限于软件，难以微调。

七、结论与心得

　　本实验基本上是成功的，能达到设计要求。

　　通过本实验，学会了EWB10.0仿真软件的应用，通过搜寻资料，对模电、数电的知识进行很好的巩固，综合应用了数电、模电译码、AD转换器、运放等方面的知识，通过本实验对两门课程很好进行了综合应用。

　　学会了采用铂电阻、精密电阻和电位器组成测量电桥，学会了通过调节电压来调节温度，学会了通过使用比较器对输出（表示温度的）电压进行比较，本实验让我获益匪浅。

怎么完成温度控制电路电路图设计

　　你这个题目是个模拟温控器，只要求开和关两种状态，没有PID温度调节的要求，没有精度要求，不要求线性刻度，简单得很啊。

　　基本思路，温度传感器裂正裂可清陵以用热敏电阻，可以用热电偶，热电偶输出一个与温度有关的电压，需要有冷端参考点，稍微麻烦点儿。

　　半导体热敏电阻和铂热敏电阻，温度与阻值非线性关系。

　　最省事的是用AD590这个温度传感器，就2条腿儿，温度与电流大小呈线性关系，每变化1℃（1K），流过的电流变化1uA。

　　AD590的V 端接5V，V-端接1KΩ采样电阻，电阻另一头接地。

　　电阻两端得到与温度呈线性关系的电压，1mV/℃。

　　这个电压用运算放大器同相放大10倍，送进电压比较器的一个输入端，比较器的另一输入端接一个10KΩ滑动变阻器的滑臂，滑动变阻器的一端接地，另一端接20KΩ电阻再接5V，用于设定温度。

　　比较器有两个，一个用于设定温度上限，另一个设定温度下限，决定加热器开关和风扇开关。

　　用晶体管驱动肆闭继电器，继电器驱动加热器和风扇。

　　两个比较器的输出可以先做逻辑处理，比如开加热就关风扇，开风扇就关加热。

　　运放最便宜的四运放LM324、双运放LM358、单运放uA741、OP07都行，比较器可以用运放做，也可以用专用的双比较器LM393。具体电路网上找或者模电书都有，或者这些器件的datasheet上也有。

　　分块做好，连到一起调试即可。

模电的学习需要哪些电路的知识?

　　　　电路这门课里运算放大器的基础要懂（虚短、虚断）。模电这东西比较难懂，几个重要的模型（二极管、BJT、JFET等)要会、最重要的是要懂反馈的知识，因此要加倍努力。

　　　　《模拟电子技术》是2013年人民邮电出版社出版的图书，作者是陈永强、魏金成、吴昌东。该书是21世纪高等院校电气工程与自动化规划教材，本书可作为高等学校电气信息类及相关专业模拟电子技术基础课程教材或教学参考镇简锋书，也可供有关专业的御晌工程技术人员学习参考。

　　　　电路：由金属导线和电气、电子部件组成的导电回路，称为电路。

　　在电路输入端加上电源使输入端产生电势差，电路即可工作。

　　有些直观上可以看到一些现象，如电压表或电流表偏转、灯泡发光等；有些可能需要测量仪器知道是否在正常工作。

　　按照流过的电流性质，一般分为两种咐纤。

　　直流电通过的电路称为“直流电路”，交流电通过的电路称为“交流电路”。

模电实验用运算放大器和比较器设计的温度报警电路

　　网上有海量现成的方案可供参考，自己搜一下。