实验4 集成运算放大器应用(线性非线性应用)1

集成运算放大器应用(线性/非线性应用1)--简易温度报警电路设计

一、实验目的1. 掌握温度控制器的设计方法与测试技术，了解 集成温度传感器TMP35G的工作原理与应用。学会安装、调试集成电路和分立元件组成的温 度控制器。

2.

二、设计任务 1、设计课题：简易温度报警电路 2、设计要求： (1)温度能够进行调整，调整范围(100C~ 1250C)。 (2)当温度低于或超出设定范围时， 给出报警信号 (发光二极管亮)。

三、设计步骤 设计方案选择针对任务、查阅相关资料，提出2-3个不同方案。

设计单元电路

1 确定各单元电路的设计，必要时应详细拟定主要单元电路 的性能指标。 2 选择元器件，计算参数 ，留适当裕量，保证电路在规定 条件下，正常工作。

画电路图 组装与调试检验电路功能，记录实验数据，分析和处理出现的问题。

撰写实验报告

四、设计举例 设计要求：

1、工作温度：240C～370C。 2、在工作温度内不发出报警信号(发光二极管不亮)。 3、当温度低于240C或高于370C时，发出报警信号 (发光二极管亮)。

1、设计方案选择 温度传感器的选择 (1)热电偶 优点：中等测量精度(1%~3%);温度测量范围广 (-200~+2000℃ ;结构简单，使用方便； 成本极低；坚固耐用。 缺点：灵敏度低；响应速度低(几秒);高温时老化 和漂移；非线性；稳定性低。

1、设计方案选择 温度传感器的选择 (2)热敏电阻 优点：易于连接；响应快；成本低；灵敏度高；输 出幅度高；中等稳定性；易于互换；尺寸小。 缺点：温度范围窄(高达150 ℃);非线性；固有 的自身发热。

1、设计方案选择 温度传感器的选择 (3)集成温度传感器(模拟、数字) 优点：线性极高；成本低；精度高(1%) ;输出 幅度高；分辨率高；尺寸小。 缺点：有限的温度范围(-50~150 ℃);固有 的自身发热；响应速度低。

采用模拟集成温度传感器

1、设计方案选择 TMP35G温度传感器的参数V/mv+V 1 OUT 2 GND 3370 400

240

300

200100 0 10 20 30 40 2437

T0 C

(a)外形

(b)温度传感器特性曲线

1、设计方案选择 TMP35G温度传感器的参数 TMP35G的工作电源电压2.7~5. 5v,最大输出电 流50μA 选TMP35G工作电压为直流电压5V。

1、设计方案选择 温度控制及报警电路组成框图温度传感器 放大电路 电压比较电路

温度传感器作用 是将温度的变化 用电压形式表示 出来，其输出电 压与温度成线性 关系。

放大电路作 用是将温度 传感器随温 度变化的微 弱电压进行 放大。

电压比较电路将 放大器的输出电 压信号与参考电 压进行比较，达 到设

定的参考电 压值时，驱动报 警电路发出报警 信号。

2、设计单元电路2.1 放大电路设计

(1)选用集成运算放大器(LM324)构成同相比例 运算电路。 (2)确定集成运算放大器的工作电压。 考虑到TMP35G的工作电源电压为5V,确定运 放LM324采用单电源形式，查阅手册，工作电流 为3mA,单电源电压范围(3~30V),故设定其 电源电压为5V。

(3)同相比例运算放大电路RF R1

2

- A1

1

V0/

3

+

RP=RF//R1 Vi

(4)设定AV1、RF、R1、RPAVF RF 1 R110-1=RF/R1

设定：AV1=10 令R1=1K 则RF=9K

为了方便调节RF采用2K电阻和10K的电位器串联方法。 RP为平衡电阻： RP =R1//RP

2.2 电压比较器设计D1 8

VRH

9 - - A3 10 + 13

Vi2(V01)

-+

VRL

A4 14

300Ω

12

D2

D3

2.2 电压比较器设计选上限参考电压VRH=3.7V 选下限参考电压VRL=2.4V 利用电阻分压作用，用电阻组成分压器。并设定上下限电压，分压器的 电压仍用直流电源电压5V。 取分压器的等效电阻为R=10K 分压器的电流IFY=5/10=0.5mA 下限分压电阻： RXX(下限电阻)=2.4/0.5=4.8K 为了方便高调节下门限电压值，选用4.7K电位器。 RSX(上限电阻)=5-3.7/0.5=2.6K 选用2.7K电位器。 RZ=10-2.6-4.8=2.6K 选用2.7K的电位器

3、画电路图温度报警器电路(1)+5V RP=R1//Rf 2.7K RSX V01 A1 1 A 9 10 13 B 2KΩ Rf 10KΩ 4.7K 12 + - A3 + 8 V0 +5V

D1

12 TMP35 3 Vi

1KΩ3 +

2 - R11KΩ

2.7K -

A4

14 D2

300

14