可调节加热器 -.doc

1、 1 一、功能 简介 电路说明部分 二、 电路所需器件介绍 三、 装配及调试说明 一、元件筛选与测试 目录 操作 部分 二、电路焊接与组装 三、电路调试 电路设计软件 PROTEL 应用部分 电路相 关说明部分 一 、 功能 简介 1、 功能说明 可调节加热器装置 ，改变了传统的烘干方式， 采用可控硅作为功率驱动 器件 。 该 系统 通过测量环境温度可以在 快速加热、 普通加热、缓慢保温加热和停止加热 状态下自动切换 （ 这里 使用 灯泡 代替加热器） ， 它的组成原理图 如图 1 所示。 2、电路功能简介 加热器装置 在我们的生活中应用非常广泛，传统 的 加热器装置 ， 一般是采用接触器或继

2、电器 作为功率驱动器件 控制加热器， 它们 只能在启动加热或停止加热之间切换，由于在加热过程中会有热惯性等因素， 所以在高精度的 加热器装置 中使用传统的方式显然无法满足需求 了。为了 解决 以上问2 题， 这里为大家展现一种 简单的 可调节加热器装置 ， 可调节加热器装置 的主要特点是，当 测量环境温度过低时 输出的电 压有效值高， 加热器迅速加热 ，当温度靠近预期设定值时，输出电压有效值降低 ， 从而放慢加热速度，对被测环境温度进行微调。 这里我们通过延时触发可控硅来 调整输出电压的有效值 ， 从而调整加热器的发热量。 加热器装置 主要由：温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、

3、可控硅触发延时电路、 可控硅触发时间选择电路、可控硅 触发电路 、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。 在该电路中我们希望得到一个设温度为 40的 加热器装置 ，所以我们设定了以下参数： 当热敏电阻测量温度低于 30 时，此时输出电压最高，加热速度最快（灯泡亮度最大）。 当热敏电阻测量温度在 30 35之间时，输出电压降 低 ， 加热速度放慢使其慢慢 地 靠近希望值（ 灯泡亮度降低 ） 。 当热敏电阻测量温度在 35 40之间时，输出电压 再次 降 低， 加热速度减慢或为系统保温（ 灯泡亮度降低 ） 。 当温度高于 40时，输出电压为零，灯泡不亮 。 在对电路功能进行测试过程中，可以

4、使用灯泡、电烙铁或热风枪对 热敏电阻 RT1 进行 加热，可以 方便 地 模拟出温度变化 ，使其输出电压变化（灯 泡亮度变化）。 3 12345678ABCD87654321D C B ATitleNumberRevisionSizeA3Date:23-Mar-2009SheetofFile:C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面第二届电子竞赛电路文件竞题.DdbDrawn By:C13IN1OUT2U4ACD4066BC5IN4OUT3U4BCD4066BC6IN8OUT9U4CCD4066B4 53122U2ALM3396 73121U2BLM3398

5、931214U2CLM339D4 1N4148D5 1N4148D6 1N4148R2010kQ5 100R-8R31100kR1710k1234D32W10L1 AC12V/5WR1510kQ4 1815R1410kR324.7kR2847kR2133kR30100kR112.2k34U5BCD40106BC。RT1MF585 67U1BLM3583 218 4U1ALM358RESET12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q111Q122Q133I11O10O9U3 CD4060BC1 0.1uFC2 0.1uFR102.2kR7 3kR1 1kR9 2kQ2 1815RP

6、15kQ1 1815D1 2VR2 1kC11220uF/25VC10220uF/16VLED1G+12v+5vR1810kR4 1kR6 1kR1310kR1610kR1910k+5v+5v+5v+5v+5v+5vAC12VLAC12VNC7 0.1uFC6 0.1uFR29100kC9 0.1uFLED2RLED3RLED4GR5 1kR3 1kR334.7kQ3 18150.97ms3.9ms7.81msY132.768kHZC1230PC1330Px1x2x1x27.81ms3.9ms0.97ms1234D2 2W10F1 2AL1AC12VNL1 AC12VN+5VR1210M+5V

7、U7 PC817U6 PC817R251MR271MR261M12U5ACD40106BC8 0.1uFC5 0.1uFC4 0.1uFC3 0.1uF+5V1 2J1电源端口1 2J2白炽灯端口AC12VLAC12VNL1 L2L1 L2AC12VNAC12VL绿红红绿RP210kRP310kRP410kTP-A测试点图 1 4 二 、电路所需器件介绍 1、 运算放大器 LM358 LM358 是二 运放集成电路，它采用 8 脚双列直插塑料封装，其 内部包 含二组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，二 组 运算放大器 相互独立，引脚及内部方框图如图 2 所示 ， LM358 具 有电源电

8、压范围宽，静态功耗小，可单电源使用， 价格低廉等优点，因此被广泛应用于 各种电路中。 图 2 2、 电压比较器 LM339 LM339 集成块内部装有四个独立的电压比较器， 它采用 14 脚双列直插封装，内部包含四组形式完全相同的电压比较器 ，内部组成图如图 3； 该电压比较器的 具有， 失调电压小，典型值为 2mV；电源电压范围宽，单电源为 2-36V，双电源电压为 1V- 18V；对比较信号源的内阻限制较宽； 因此应用相当广泛。 图 3 5 3、 四重双向开关 CD4066B CD4066 是一种双向模拟开关，在集成电路内有 4 个独立的能控制数字及模拟信号传送的模拟开关，内部组成结构见图

9、 4。每个开关有一个输入 端和一个输出端 ，它们可以互换使用，还有一个选通端 CONTROL（控制端），当选通端为高电平时，开关导通， 选通端为低电平时，开关截止。使用时选通 端是不允许悬空的 。 图 4 4、 14 级二进制计数 振荡 器 CD4060 CD4060 由一振荡器 和 14 位二进制计数器位组成，组成接通图如图 5，引脚图如图 6。振荡器的结构可以是 RC 或晶振电路。 CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器。在 输入脉冲 1 和 0 的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。 图 5 图 6

10、6 5、 6 反相带 施密特触发 器 CD40106 CD40106 由 6 个结构相同的 输入级具有 施密特触发功能的反相器组成，内部结构图管脚图见图 7，输入输出真值表见表 1。施密特触发器 在输入波形的上升段和下降段， 它的 阀值电压不同 。 图 7 表 1 6、 MF58 热敏电阻 MF58 为负温度系数（ NTC）热敏电阻，其特点是温度越高其电阻 值 越小。 MF58 外形图如图 8，电路符号如图 9，温度 -电阻对应 值 ，见表 2。 图 8 图 9 温度 ( ) 电阻 (k ) 温度 ( ) 电阻 (k ) 温度 ( ) 电阻 (k ) 温度 ( ) 电阻 (k ) 0 27.6

11、2 25 10 50 4.16 75 1.933 5 22.3 30 8.152 55 3.552 80 1.663 10 18.19 35 6.951 60 3.048 85 1.438 15 14.81 40 5.843 65 2.614 90 1.249 20 12.25 45 4.916 70 2.227 95 1.064 表 2 Inputs Output H L L H 7 三 、 装配及调试说明 注意：电路焊接完成 后 ， 仔细 检查无误后，才 可通电调试。 1、 外部接线 通过 J1 接入 AC12V 电源 ，为系统提供工作电源 ； 灯泡经过导线连接到 J2。 2、 电路工作原

12、理 加热器装置 的电路主要由：温度检测放大电路、温度比较电路、交流过零检测电路、可控硅触发延时电路、可控硅触发时间选择电路、可控硅触发电路、电源电路和加热器（用灯泡模拟加热器）所组成。其工作原理如下： 温度检测电路：温度检测电路主要由 RT1（ NTC 负温度 系数）热敏电阻、 U1A 组成的同相放大器和 U1B 组成的缓冲器所组成。当 RT1 测量环境温度越高，热敏电阻的电阻值越低，温度输出电压 TP-A 点的电压值越低。 温度电压比较电路：由电压比较器 LM339 和外围电阻构成的电压比较电路，可调电阻 RP2、RP3、 RP4 分别作为 3 个比较电路的基准参考电压，当 TP-A 点的电

13、压低于某个比较器的参考电压时，此比较器输出低电压，从而点亮发光二极管，关闭电子开关。 交流过零检测电路，当交流电过零时，光耦初级输入电压为零，次级截止， Q4 集电极输出高电平，该信号通过具备反相功能的施密特触发 器对其整形，输出高电平，使由 U3 等元件组成的计时器复位；当过零完成后， Q4 集电极输出低电平，此时计时器开始计时。 可控硅触发延时电路：电路主要由 CD4060 二进制计数振荡器和晶体振荡器组成，当 U3 第 12脚 RESET 为高电平时，计时器停止工作，输出全部为低电平，当 12 脚出现下降沿时，由 Y1 和 U3组成的振荡器开始工作，振荡频率为 32.768kHZ，此信号

14、经过 U3 分频后，分别输出脉宽为： 0.97ms、3.9ms 和 7.81ms 的脉冲，供可控硅触发时间选择电路选择。 可控硅触发时间选择电路：电路由 CD4066 电子开关 组成，电子开关的控制端 C 为高电平时，电子开关接通，控制端 C 为低电平时，电子开关断开，电子开关的控制端与温度比较电路的输出端相接。 可控硅触发电路：由电子开关输出的信号通过 Q3 放大后驱动光耦 U7， U7 次级导通后，电流经过 R17 和 U7 触发可控硅导通。 电源电路：电源电路主要由 D2、 C11 组成的整流滤波电路和串联式稳压电源组成。 3、 调试 方法 在调试电路时应首先使电源电路正常工作，即 使

15、+5V 正常； （ 1） 电源电路调试：接通 AC12V 交流电源，调节 RP1 使 C10 两端的电压为 5V。 8 （ 2） 温度检测 放大 电路 调试 ： RT1 和 R21 组成串联 分压电路，当环境温度改变时 RT1 两端的电压 改变 ， 此信号经过由 U1A 组成的放大电路放大，再经过由 U1B 缓冲输出 ；不同的温度 U1B 输出不同的电压，当温度 为 30 时 TP-A点的电压约为 1.98V，温度为 35时 TP-A点电压 约 为 1.73V，温度为 40时 TP-A 点电压约为 1.5V。 （ 3） 电压 比较电路： 该电路由 3 个结构相同的电压比较器组成，不同的是参考电

16、压 不同 ，当比较器的同相端电压大于反相端时比较器输出高电平，反之输出低电平；调 节 PR2 使 U2 的4 脚电压为 1.98V（ 对应温度为 30 ），调节 RP3 使 U2 的 6 脚电压为 1.73V（对应温度为35） ，调节 RP4 使 U2 第 8 脚电压为 1.5V（对应温度为 40） ； 假如 ：当 TP-A 点的电压低于 1.98V 时， U2A 输出 低电平 ， LED2 点亮， U4A 电子开关断开。 （ 4） 可控硅的触发信号来自电子开关，电子开关由 电压 比较电路控制，电子开关 输入 为经过延时的脉冲信号 。 比如：比较器 U2A 输出为低电平，此时 U4A 电子开关

17、断开，经过 0.97ms延时的脉冲信号 ， 无法通过电子开关触发可控硅， 此时如果比较器 U2B 输出为高电平，U4B 电子开关接通，经过 3.9ms 延时的信号到了时，可控硅电路被触发。 4、 调试完成 接通电源后， 使用灯泡或电 烙铁对热敏电阻加热，当热敏电阻上的温度低于 30时，灯泡亮度最高 ， LED 指示灯全部熄灭 ，温度每升高 5灯泡亮度降低一个等级， LED 指示灯多点亮 1只， 当温度高于 40 时灯泡熄灭 ， LED 指示灯全部点亮。 9 工艺要求：元件 安装整齐、 焊点 美观 内 容 技术要求 元器件引脚 1、引脚加工尺寸及成形应符合装配工艺要求 元器件安装 2、元件高度及

18、字符 方向应符合工艺要求 3、元件安装横平竖直 4、电路板底层安装贴片元件 5、 灯泡通过导线连接到 J2,连接到 J2端的导线压接端头 焊点 6、焊点大小适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺 7、焊盘不应脱落 8、修脚长度适当，一致，美观 安装质量 9、集成电路、二三极管等及导线安装均应符合工艺要求 10、元 器件安装牢固， 排列整齐 11、无烫伤和划伤 ，整机清洁无污物 常用工具的 使用和维护 12、电烙铁的正确使用 13、钳口工具的正确使用和维护 14、万用表正常使用和维护 15、 毫伏表正常使用和维护 16、 示波器 正常使用和维护 三、电路 调 电路的调试方法 ，详

19、见第 7 页 和第 8 页 的装配调试说明。 1、 本电路功能完成 鉴定内容 技术要求 标准 实现功能 测量温度越高输出电压越低，即 灯 泡 的亮度越低 ；当温度低于 30 时 ， 过 零后 约 延时0.97ms触发可控硅，温度低于电源部分正常 工作 温度检测放大电路正常工作 温度比较以及指示 电路正常工作 ） 过零检测电路 正常工作 10 2、 完成检测 （ 1、 电路正常工作时， 测量 U3 第 7 脚的频率 _赫兹 。 （ 2、 若要使稳压电路的输出电压降低，请问应该 _（ 增大 /减小 ） Q1 基极与地之间的电阻。 （ 3、 在温度检测放大电路中， U1A（ LM358）作为 _（反

20、相放大器 /同相放大器 /差分放大器 /比较器）（ 4、当 RT1 阻值不变的情况下，增大 R21 电阻的阻值，请问 U1B 第 7 脚的电压 _（升高 /降低） 。 （ 5、当 RT1 的温度为 45时， RT1 的端电压为 _ V。 （ 6、 当 U5 第 3 脚为 高电平时， U5 第 2 脚的电压为 _（高电平 /低电平）。 （ 7、 当 稳压电路输出电压为 5V 时 ，测量 Q1 和 Q2 各 引 脚 的 电 压 （ V） 。 三极管 Q1 Q2 引脚 C B E C B E 电位 （ 8、 电路正常工作时 ,且测量温度低于 30时， 测量 可控硅 A与 K之间 的波形 ： (4) 记录 波形 ，其他 示 波 器 频率 器 毫伏表 时间档位： 幅度档位： 峰峰值： 频率： 周期： 测量交流电压： 3、 电路 原理和 故障分析 （ 1）、 当 RT1 测量温度为 50 时，请问 U1 第 7 脚的电源为多少 ？ 35 时，过零后约 延时 3.9ms触 发可控硅 ，温度低于 40 时，过零后约 延时 7.81ms接通可控硅，温度高于 40 停止输出 。 电子开关及可控硅触发电路正常工作