第14次课_水温控制电路设计

1河北科技大学教案用纸第14次课2学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：电压比较器电路的设计方法本次课题（或教材章节题目）：第五章实用电路设计实例5.4水温控制电路设计教学要求：掌握水温控制电路的设计方法重点：水温控制电路的工作特点难点：水温控制电路的设计要求与计算方法教学手段及教具：课堂讲授讲授内容及时间分配：5.4.1水温控制电路的工作原理分析5.4.2水温控制电路的设计要求5.4.3水温控制电路的元件计算与选择方法课后作业参考资料《电子电路设计与实践》姚福安编著，山东科学技术出版社。《电子线路设计指导》李银华编著，北京航空航天大学出版社。2河北科技大学教案用纸第五章实用电路设计实例5.4水温控制电路设计温度控制电路是典型的电子电路应用之一，水温控制电路又是典型的温度控制电路。了解并掌握温度控制电路的工作原理和设计方法，是非常重要的一个环节。5.4.1水温控制电路的工作原理分析水温控制电路可以划分为三个部分：1.温度检测电路：将一定范围的水温变化转换为一定范围直流电压变化。2.门限比较电路：将当前水温对应的电压与设定水温对应的电压进行比较，用高低电平的形式表示出当前水温是否达到设定水温。3.加热器控制电路：达到设定水温时，切断加热器的电源；未达到设定水温时，接通加热器的电源。有时候在接近设定水温时，降低加热器功率，避免传感器的响应速度慢而造成温度超调现象。补充：纠正北航教材图1.2.8和图1.2.10中LED和继电器部分存在的错误。5.4.2水温控制电路的设计要求水温控制电路的设计要求包括以下几个方面：1.温度控制范围：家用热水器一般在20℃～80℃；2.显示工作状态：一般用LED显示加热器的工作状态；3.消除加热器的频繁通断：门限比较器电路必须有回差；4.设计配套的直流电源：为水温控制电路的提供所需要的工作电压。补充：北航教材图1.2.7中存在的问题与解决方法。1）稳压管的不合理使用两个用法都不合理。稳定电流不够。2）正反馈电阻太小，3造成稳压管不工作。3）门限电压的合理设置方法电阻分压，比例方式更好5.4.3水温控制电路的元件计算与选择1.温度检测电路的计算与选择例如：温度范围是20℃～80℃，NTC元件对应阻值为10k～2k，门限电压为2V。1）20℃时，Vs＝2V，Rp应为多少？（12V－2V）/（2V/10k）＝50k。2）80℃时，Vs＝2V，Rp应为多少？（12V－2V）/（2V/2k）＝10k。可以选择50～100k的电位器。为了避免电位器调到0，还可以使用47k的电位器串联一只8.2k的固定电阻。此时的阻值调节范围是8.2～55.2k，实际的温度调节范围比20℃～80℃宽一点。2.比较器电路的计算与选择主要是回差电压的计算与反馈电阻的选择。参见窗口比较器电路的章节。Vop-p为10.5V（V＋－1.5V），Vth约为1V。R4为200k时，Vth约为0.5V。3.继电器驱动电路计算与选择小型灵敏继电器的消耗功率在1W以下，例如0.5W。12V工作时驱动电流为0.5/12＝42mA。加上LED指示灯的电流（10mA），共约50mA。Hfe为50时，Ib为1mA。留2倍的余量，Rb取4.7k。4.配套电源的计算与选择主要的工作电流是继电器吸合电流（共约50mA），其他部分包括热敏电阻、分压器和运放回路。工作电流不超过10mA。整机电流约60mA。电源输出电压为12V。其他计算参考直流电源设计的章节。按100mA计算，总的变压器功率3W可以满足要求。可选15V/3W的变压器。7812也不用加散热器。