1、溫控器工作原理-簡(jiǎn)介

溫控器，全稱為溫度控制器（Thermostat），也叫溫控開關(guān)、溫度保護(hù)器，分為機(jī)械式的和電子式的兩類，它主要是根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，在開關(guān)內(nèi)部發(fā)生物理形變，從而產(chǎn)生某些特殊效應(yīng)，產(chǎn)生導(dǎo)通或者斷開動(dòng)作的一系列自動(dòng)控制元件，或者電子原件在不同溫度下，工作狀態(tài)的不同原理來給電路提供溫度數(shù)據(jù)，以供電路采集溫度數(shù)據(jù)。

2、溫控器工作原理

溫控器的工作原理是通過溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度自動(dòng)進(jìn)行采樣、即時(shí)監(jiān)控，溫控器當(dāng)環(huán)境溫度高于控制設(shè)定值時(shí)控制電路啟動(dòng)，可以設(shè)置控制回差。

溫控器由轉(zhuǎn)換顯示機(jī)構(gòu)、設(shè)定機(jī)構(gòu)、比較運(yùn)算機(jī)構(gòu)、輸出機(jī)構(gòu)四大機(jī)構(gòu)組成。當(dāng)溫度傳感器把現(xiàn)場(chǎng)溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給溫控器，溫控器的轉(zhuǎn)換顯示機(jī)構(gòu)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字顯示或模擬指示出來，并在內(nèi)部與設(shè)設(shè)定機(jī)構(gòu)的設(shè)定值通過比較機(jī)構(gòu)進(jìn)行比較后，通過輸出機(jī)構(gòu)輸出給操控器，然后操控器再對(duì)加熱器/致冷器進(jìn)行控制。

溫度控制器電路圖（一）

采用555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易溫度控制器

本電路是采用555時(shí)基集成電路和很少的外圍元件組成的一個(gè)溫度自動(dòng)控制器。因?yàn)殡娐分懈鼽c(diǎn)電壓都來自同一直流電源，所以不需要性能很好的穩(wěn)壓電源，用電容降壓法便能可靠地工作。電路元件價(jià)格低、體積小、便于在業(yè)余條件下自制。該電路制作的溫度自動(dòng)控制器可用于工業(yè)生產(chǎn)和家用的電加熱控制，效果良好。

一、電路工作原理電路原理

如圖6所示。

當(dāng)溫度較低時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt阻值較大，555時(shí)基集成電路（IC）的2腳電位低于Ec電壓的1/3（約4V），IC的3腳輸出高電平，觸發(fā)雙向晶閘管V導(dǎo)通，接通電加熱器RL進(jìn)行加熱，從而開始計(jì)時(shí)循環(huán)。當(dāng)置于測(cè)溫點(diǎn)的熱敏電阻Rt溫度高于設(shè)定值而計(jì)時(shí)循環(huán)還未完成時(shí)，加熱器RL在定時(shí)周期結(jié)束后就被切斷。當(dāng)熱敏電阻Rt溫度降低至設(shè)定值以下時(shí)，會(huì)再次觸發(fā)雙向晶閘管V導(dǎo)通，接通電加熱器RL進(jìn)行加熱。這樣就可達(dá)到溫度自動(dòng)控制的目的。

二、元器件的選擇

電路中，熱敏電阻Rt可采用負(fù)溫度系數(shù)的MF12型或MF53型，也可以選擇不同阻值和其他型號(hào)的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，只要在所需控制的溫度條件下滿足Rt＋VR1＝2R4這一關(guān)系式即可。電位器VR1取得大一些能獲得較大的調(diào)節(jié)范圍，但靈敏度會(huì)下降。雙向晶閘管V也可根據(jù)負(fù)載電流的大小進(jìn)行選擇。其他元件沒有特殊要求，根據(jù)電路圖給出參數(shù)來選擇。

三、制作和調(diào)試方法

整個(gè)電路可安裝在一塊線路板上，一般不需要調(diào)試，時(shí)間間隔為1.1R2&TImes;C3，應(yīng)該比加熱系統(tǒng)的熱時(shí)間常數(shù)選得小一些，但也不能太小，否則會(huì)因?yàn)殡p向晶閘管V急速導(dǎo)通或關(guān)閉而造成過分的射頻干擾。安裝調(diào)試完后可裝入一個(gè)小塑料盒內(nèi)，并將熱敏電阻Rt引出至測(cè)溫點(diǎn)即可。

溫度控制器電路圖（二）

如下圖所示為一種用電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)構(gòu)成的溫度自動(dòng)控制電路。圖中A、B為電接點(diǎn)溫度計(jì)的兩個(gè)觸點(diǎn)，KM為交流接觸器其線圈額定電壓為36V，RL為電加熱器。當(dāng)合上電源開關(guān)S，電加熱器開始加熱，當(dāng)溫度上升至預(yù)置溫度時(shí)，電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的兩個(gè)觸點(diǎn)A、B接通，使接觸器KM得電吸合，其常閉觸點(diǎn)切斷電熱器電源，停止加熱。

當(dāng)溫度小于預(yù)置溫度時(shí)，電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的兩個(gè)觸點(diǎn)A、B斷開，KM斷電，其觸點(diǎn)復(fù)位，電加熱器又開始加熱。這樣周而復(fù)始，重復(fù)加熱，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫的目的。

溫度控制器電路圖（三）

自動(dòng)調(diào)節(jié)的溫度控制器電路

流體媒價(jià)溫度控制器是利用感溫流體熱脹冷縮及液體不可壓縮的原理而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

溫控器根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，在開關(guān)內(nèi)部發(fā)生物理形變，從而產(chǎn)生某些特殊效應(yīng)，產(chǎn)生導(dǎo)通或者斷開動(dòng)作的一系列自動(dòng)控制元件，或者電子原件在不同溫度下，工作狀態(tài)的不同原理來給電路提供溫度數(shù)據(jù)，以供電路采集溫度數(shù)據(jù)。

溫度控制器電路圖（四）

此溫度控制器電路圖的溫度控制范圍為5～95℃，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及科研方面的溫度自動(dòng)控制。

溫度控制器電路圖

元器件選擇

R1～RIO均選用1／4W金屬膜電阻器或碳膜電阻器，R2和R3的精度應(yīng)為為±1％。RP1～RP3均選用線性電位器。C1和C2均選用耐壓值為25V的鋁電解電容器；C3選用獨(dú)石電容器或滌綸電容器。YD選用1N4001或1N4007型硅整流二極管。VS選用1W、6V左右的硅穩(wěn)壓二極管，例如1N4735等型號(hào)。VL1和VL2均選用φ5mm的發(fā)光二極管，VL1為紅色，VL2為綠色。UR選用1A、50V的整流橋堆，也可用4只1N4001橋接后代替。V1選用MTS-102型晶體管式溫度傳感器（也可用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻器代替）；V2選用S8550或3CG8550型硅PNP晶體管。IC1選用LM324型四運(yùn)放集成電路；IC2選用7809型三端穩(wěn)壓集成電路。K選用JRX-13F型9V直流繼電器。KM選用線圈電壓為220V的交流接觸器，其觸頭電流容量應(yīng)根據(jù)EH的實(shí)際功率來選擇。PV選用100mV的電壓表。T選用3～5W、二次電壓為12V的電源變壓器。S選用5A、220V的交流電源開關(guān)。EH的功率應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來選擇。

溫度控制器電路圖（五）

本電路是采用555時(shí)基集成電路和很少的外圍元件組成的一個(gè)溫度自動(dòng)控制器。因?yàn)殡娐分懈鼽c(diǎn)電壓都來自同一直流電源，所以不需要性能很好的穩(wěn)壓電源，用電容降壓法便能可靠地工作。電路元件價(jià)格低、體積小、便于在業(yè)余條件下自制。該電路制作的溫度自動(dòng)控制器可用于工業(yè)生產(chǎn)和家用的電加熱控制，效果良好。

一、電路工作原理

電路原理如圖1所示。

圖1  采用555時(shí)基電路的簡(jiǎn)易溫度控制器電路圖

當(dāng)溫度較低時(shí)，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt阻值較大，555時(shí)基集成電路（IC）的2腳電位低于Ec電壓的1/3（約4V），IC的3腳輸出高電平，觸發(fā)雙向晶閘管V導(dǎo)通，接通電加熱器RL進(jìn)行加熱，從而開始計(jì)時(shí)循環(huán)。當(dāng)置于測(cè)溫點(diǎn)的熱敏電阻Rt溫度高于設(shè)定值而計(jì)時(shí)循環(huán)還未完成時(shí)，加熱器RL在定時(shí)周期結(jié)束后就被切斷。當(dāng)熱敏電阻Rt溫度降低至設(shè)定值以下時(shí)，會(huì)再次觸發(fā)雙向晶閘管V導(dǎo)通，接通電加熱器RL進(jìn)行加熱。這樣就可達(dá)到溫度自動(dòng)控制的目的。

二、元器件的選擇

電路中，熱敏電阻Rt可采用負(fù)溫度系數(shù)的MF12型或MF53型，也可以選擇不同阻值和其他型號(hào)的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，只要在所需控制的溫度條件下滿足Rt＋VR1＝2R4這一關(guān)系式即可。電位器VR1取得大一些能獲得較大的調(diào)節(jié)范圍，但靈敏度會(huì)下降。雙向晶閘管V也可根據(jù)負(fù)載電流的大小進(jìn)行選擇。其他元件沒有特殊要求，根據(jù)電路圖給出參數(shù)來選擇。

三、制作和調(diào)試方法

整個(gè)電路可安裝在一塊線路板上，一般不需要調(diào)試，時(shí)間間隔為1.1R2&TImes;C3，應(yīng)該比加熱系統(tǒng)的熱時(shí)間常數(shù)選得小一些，但也不能太小，否則會(huì)因?yàn)殡p向晶閘管V急速導(dǎo)通或關(guān)閉而造成過分的射頻干擾。安裝調(diào)試完后可裝入一個(gè)小塑料盒內(nèi)，并將熱敏電阻Rt引出至測(cè)溫點(diǎn)即可。

溫度控制器電路圖（六）

電路如下圖所示。圖中IC為NE555時(shí)基電路；RP3為溫度調(diào)節(jié)電位器，其滑動(dòng)臂電位決定IC的觸發(fā)電位V2和閾電位Vf，且V5=Vf=2Vz。220V交流電壓經(jīng)C1、R1限流降壓，D1、D2整流，C2濾波，DW穩(wěn)壓后，

市售電熱毯一般有高、低兩個(gè)溫度檔。使用時(shí)，撥在高溫檔，入睡后總被熱醒；撥在低溫檔，有時(shí)醒來會(huì)覺得熱度不夠。為此，制作了這種電熱毯溫控器，它可以把電熱毯的溫度控制在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)。

電熱毯溫控器電路

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采樣保持電路（采樣/保持器）又稱為采樣保持放大器。當(dāng)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，模擬信號(hào)要保持基本不變，這樣才能保證轉(zhuǎn)換精度。采樣保持電路即為實(shí)現(xiàn)這種功能的電路。
　　采樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號(hào)的電平值。在理想狀況下，當(dāng)處于采樣狀態(tài)時(shí)，采樣保持電路的輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)變化而變化；當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，采樣保持電路的輸出信號(hào)保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號(hào)電平值。當(dāng)電路處于采樣狀態(tài)時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，這時(shí)電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成充放電，這時(shí)，輸出端輸出信號(hào)跟隨輸入信號(hào)的變化而變化；當(dāng)電路處于保持狀態(tài)時(shí)開關(guān)斷開，這是由于開關(guān)斷開，以及集成運(yùn)放的輸入端呈高阻狀態(tài)，電容放電緩慢，由于電容一端接由集成運(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)跟隨電路，所以輸出信號(hào)基本保持為斷開瞬間的信號(hào)電平值。

采樣保持電路圖設(shè)計(jì)（一）

采樣保持放大器SMP04用做多路輸出選擇器電路圖

如圖所示為SMP04用做多路輸出選擇器，與解碼器、D／A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的四路數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字信號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC8228，輸出產(chǎn)生5～10V模擬電壓送副SMP04，地址輸入通道解碼器，不同的地址解碼后分別控制四路開關(guān)，以分別輸出四模擬信號(hào)。采用DAC8228產(chǎn)生DAC電壓輸出可以使電路得以最大的簡(jiǎn)化。為了將輸出電壓干擾減小到最小，在采樣信號(hào)被確認(rèn)之前，必須保證有5μs的最后電壓建立時(shí)間。每一個(gè)采樣保持放大器必須在每一秒鐘或更低時(shí)問刷新一次，以確保輸出電壓下降率不超過10mV或1／2LSB（最小有效位）。

采樣保持電路圖設(shè)計(jì)（二）

如圖所示為由SMP04與運(yùn)放構(gòu)成的增益為10的采樣保持放大電路。電路中將SMP04置于運(yùn)放OP490的反饋回路中，當(dāng)S非／H=0時(shí)，SMP04內(nèi)部開關(guān)閉合，運(yùn)放OP490的反饋回路接通，電路增益由運(yùn)放本身及反饋電阻決定，圖中增益設(shè)置為10，輸出端輸出放大后的采樣電壓。當(dāng)S非／H=1時(shí)，SMP04內(nèi)部開關(guān)斷開，運(yùn)放OP490反饋回路也無法形成，輸出端輸出保持在內(nèi)部保持電容上最近一次的采樣電壓，且不受輸入端信號(hào)影響。運(yùn)放輸出端的兩個(gè)二極管1N914起鉗位作用，防止當(dāng)SMP04保持狀態(tài)時(shí)造成運(yùn)放飽和。

采樣保持電路圖設(shè)計(jì)（三）

lf398峰值采樣保持電路

1.lf398的峰值保持電路

圖1：峰值保持電路原理圖

峰值保持電路探測(cè)核脈沖幅度信號(hào)并在脈沖峰值時(shí)刻通知保持峰值，同時(shí)向單片機(jī)提出中斷申請(qǐng)信號(hào)，使單片機(jī)響應(yīng)中斷啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換結(jié)束后單片機(jī)使采樣保持器復(fù)原為采樣狀況，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制。峰值保持電路原理圖如圖1所示。U4是芯片LF398，它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司研制的集成采樣保持器。它只需外接一個(gè)保持電容就能完成采樣保持功能，其采樣保持控制端可直接接于TTL，CMOS邏輯電平。

圖2

U1和U2是比較器LM311，U3是D觸發(fā)器74LS74，U5A是與門74LS08。放大后的脈沖核信號(hào)一路輸入到下閾比較器，另一路接輸入到LF398。當(dāng)核信號(hào)大于下閾時(shí)，比較器U1輸出高電平，得到上升沿，上升沿再觸發(fā)U3A，它的Q端輸出高電平和U3B的Q非端相與得到高電平，去控制LF398的采樣控制端進(jìn)入采樣狀態(tài)。當(dāng)LF398的輸出端信號(hào)幅度比輸入端大時(shí)，即到達(dá)峰值時(shí)，比較器U2出高電平，得到上升沿，上升沿再觸發(fā)U3B，它的Q非端輸出低電平，U5A輸出變?yōu)榈碗娖剑琇F398進(jìn)入保持狀態(tài)。U3B的Q非端輸出的下跳沿作為單片機(jī)的中斷信號(hào)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片輸出放電和清零CLR信號(hào)使采樣保持器復(fù)原。電路波形見圖2。

采樣保持電路圖設(shè)計(jì)（四）

將一個(gè)經(jīng)典的模擬累加器與一個(gè)采樣保持放大器級(jí)聯(lián)對(duì)一組模擬電壓的采樣進(jìn)行保持。經(jīng)典的模擬累加器是一個(gè)運(yùn)放加上至少三只精密電阻。這些電阻的值應(yīng)盡可能低，以避免影響累加器的帶寬。但這些低值電阻會(huì)消耗功率。此外，累加器與采樣保持放大器的結(jié)構(gòu)也帶來了另一種缺點(diǎn)，當(dāng)兩個(gè)輸入電壓幅度相近而極性相反時(shí)，就會(huì)顯示出這種缺點(diǎn)。此時(shí)，即使輸入電壓幅度很高，得到的總和也很低，如果輸入電壓幅度相等則總和為零。對(duì)低電壓的采樣通常會(huì)使輸出電壓出現(xiàn)相對(duì)較大的誤差，因?yàn)槊總€(gè)放大器都有一些動(dòng)態(tài)誤差，如殘留的寄生電荷傳入存儲(chǔ)電容。一個(gè)模擬電壓采樣保持電路：

采樣保持電路圖設(shè)計(jì)（五）

圖中所示是用SF357運(yùn)放組成的電壓采樣保持電路。這種電壓采樣保持電路可以方便地觀察任一時(shí)間內(nèi)的被測(cè)瞬間電壓值。

在測(cè)試電壓時(shí)，只需將其輸入端跨接于被測(cè)電壓的兩端，接著

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