multisim 【温度仿真】
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山东大学威海分校
温度测量与控制电路设计与实验报告
学院：机电与信息工程学院
专业：09通信一班
姓名：***
学号：************
时间：2011/06/26
一、 摘要
温度是一个与人们生活和生产密切相关的重要物理量。温度的测量和控制技术应用
十分广泛。在工农业生产和科学研究中，经常需要对某一系统的温度进行测量，并能自
动的控制、调节该系统的温度。测试电路是通过电压比较放大电路来实现温度都的检测，
控制电路是通过一个电压比较电路来实现对温度的控制。温度控制电路中由两个三极管
和光敏电阻组成实现了加热等简单功能。
工作原理主要是利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电路将电信号转换成
数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来。同时电压信号通过电压比较器与输
入电压比较决定输出是高电平或是低电平，进而控制下一个电路单元的工作状态。在电
路中，当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Vmax，此时
发光二极管通电发光照在光敏电阻上，电阻受光激发，电阻值迅速下降，分压点电位升
高，电路立即产生振荡，发出声响报警。调温控制电路中，通过电压比较器的输入输出
关系，决定温度的调节。当温度低于下限温度时，电路经过一系列变化接通加热器电源
对其进行加热。当温度升到上限温度时，加热器电源，停止加热。
二、 实验设计的目的与要求
利用课本知识设计实用电路是我们对课本知识掌握的良好体现。将电子实验设计作
为我们学习电子技术课程的重要组成部分，使得我们能进一步理解课程内容，更好的掌
握电子系统设计和调试的方法。而且增加了我们对集成电路应用知识，并培养了我们实
际动手能力以及分析、解决问题的能力。
小学期期间老师给了我们7个题目已备选择，并针对每一个题目给出了相应的要求。
我选择的题目是温度的测量与控制，题目要求实现的任务如下：
1. 设计一个基本电路，学会温度测量与控制电路的原理；
2. 熟悉各种基本电路组成实用电路的方法；
3. 学习电子电路的调试方法；
4. 根据电桥的测量原理写出测量电桥的表达式；
5. 根据实验测试数据，会出只会比较器的滞回的型曲线；
6. 比较温度计测量温度数值与数码显示管显示结果。
7. 根据实测数值分析：生疏设定温度t1~t2之间比较高的温度对应的Rw2值是最
高还是最低？试着阐明其道理。
8. 实验心得与体会。
三、 实验过程与结果
(一) 实验目的
（1） 学习温度测量与控制电路的原理。
（2） 学习用各种基本电路组成实用电路的方法。
（3） 学习电子电路的调节方法。
(二) 设计要求
设计一个温度测量与控制电路，要求能通过led数码显示管测量温度值，并且能够利用
温度控制电路将其控制在设定范围内。
(三) 实验原理
实验电路如下图一、二、三所示，由测温电桥，测量放大器，显示电路，控温电路几部
分控制。
1. 测量电桥的设计
测量电桥的一臂为负温度系数电阻特性的热敏电阻（NTC）RT，电桥的输出送测量
放大器进行放大。
（图一）测量电桥基本电路
滞回曲线测试：
令输入端B接地，A点引入-+0.5V连续可调的支流电压，用直流电压表检测C
点电压并用示波器观察E点变化。当缓慢改变A点电压及其极性的时候，分别记录
使E点典韦发生正跳变和负跳变的Uc的值，并画出滞回特性曲线。调节Rw2.观察
曲线变化。
根据电桥测量原理得电桥输出电压公式为：
Ua=Rt/(Rt+Rw1+R3)
Ub=R2/(R1+R2)
滞回曲线大约如下：
2. 测量放大器的设计与测量
测量放大器为三运放构成的精密放大器，这是一般集成仪用放大器的基本电路，
因此测量放大器的输出送西安市电路可以实现温度的显示，送温控电路实现温度的
控制。
具体仿真实验电路图如下图二所示。
（图二）测量放大器
进过测量放大器放大可以测得B端电压随Rt发生变化，具体的变化关系如下表：
Rt（% 1.2k
Ω）
5 10 20 50 80
电压（v） 9.587 ≈0
-1.2 -4.19 -5.245
功率（w） -5.393m ≈0 ≈0 ≈0 ≈0
横坐标为滑动变阻器百分比，纵坐标为电压值。由于实际情况下的热敏电阻的特性
比较多，总的来说负电阻的温度与电阻成反相关，因此下图大致与实际相符合，但由于
实际各元件参数的设定存在误差，因此无法得到十分准确的热敏电阻特性曲线。
3. 控温电路设计电路
控温电路由滞回比较器和复合管组成，测量放大器的输出经滞回比较器与残余
电压Ur比较厚输出加热与停止的信号，经过复合管放大器的放大之后控制加热与停
止。Ur是根据设定的恒温值Rw2获得的，改变滞回比较的比较电压即控制范围，二
控温的精度则有滞回比较器的滞回宽度确定。
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
12345
系列1
系列2
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
020406080100
系列1
其仿真设计电路图如图三。
经过调解滑动变阻器，也就是仿真进来的热敏电阻，得到控制电路里面输出端
的电压变化，由于之前存在滞回回路，因此其电压也出现只会比较的现象。仿真电
压表以及功率表测量如下图
经过测量比较，得到以下一组数据:
Rt（% 1.2kΩ） 0（50） 10（30） 15（20） 25（10） 50（5）
电压（从大到小） 4.06v 4.02v 4.01v ≈0 ≈0
电压（从小到大） 27nv≈
0
412.785nv≈0 404.271nv≈0 4.01v 4.06v
功率（w） ≈0（） ≈0（） ≈0（） 16m（） 16.3（）
因此经过数据处理得到如下折线图，该图反映了温度控制电路对温度的控制的
作用，仿真过程中我们利用当温度过低时，热敏电阻阻值升高的特性进行了简单的
拟合，得到如下折线图：
4. 显示电路设计电路原理及展示
显示电路由三运放A和电压跟随比较器以及4位数字电压表头电路构成，由于
仿真过程中不存在3位半的数字表头，因此使用4位表头大致模拟。电压跟随琪起
隔离作用，其输出驱动表头实现温度的数字化显示，改变滑动变阻器的位置可以改
变放大电路的电压放大倍数，以调整显示数据。
表头电路采用了如下电路（为了方便粗略观察，使用了传输门控制A—F的出现）：
1, 42, 43, 44, 05, 01, 02, 03, 04, 45, 4
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0123456
电
压
电阻百分比
温度与加热电阻电压的关系模拟图
系列1
系列2
由于实验设计仿真过程中显示译码电路需要站的空间比较大，因此单独将译码
部分拿出来，连接到上述仿真实验图中即可得到准确的十进制结果，译码电路如下
图
因此得到简单的温度关系热下表：
热敏电阻
Rt（% 1.2k
Ω）
100 65 50 35 25
粗略温度
（℃）
00.0 19.4 37.9 63.5 95.5
四、 实验总结与心得
在这次温度与控制电路的设计过程中我学到了很多新的东西，这些东西不仅丰富了
我电子电路方面的知识，也学会了如何自己动手设计自己需要的电路，并且懂得了同学
帮助的重要性，每个人的思想都会不同，当遇到解决不了的问题的时候我们需要身边同
学的帮助，彼此互相交流经验，可以从中学到许多新的思路与技巧。
总之，在这次的实验设计过程中我不仅仅学会了温度测量与控制电路的设计，并且
学到了许多其他东西有用的东西，为以后的实验设计打下了基础。
五、 实验结论结果
经过长时间的准备工作，最终做出了些许成果，首先简单的测量了热敏电阻的特性
曲线，其次，绘出了滞回比较器的滞回曲线，并且实现了通过控制电路对温度的控制。
第三，数字显示端能够简单的显示出仿真之后的热敏电阻所对应的温度温度（0~100℃）。
总的来说，该实验利用温度传感器把系统的温度通过A\D转换电路将电信号转换成
数字信号，并通过与之连接的译码电路中显示出来，实验最后终于品尝到了努力换来的
甜果，让我认识到实践对知识的巩固作用，受益匪浅。但是设计的实验只能够将温度简
单的显示出来，也存在着很多不足需要完善。
六、 参考文献
【1】《数字电子技术基础》 余孟尝编，清华大学电子学教研组，高等教育出版社
【2】《电子技术课程设计指导》 彭介华编，高等教育出版社，1997年10月
【3】《电子技术试验与实践》 李素梅 郭荣生 编制，中国石油大学出版社
【4】《电子技术基础》（模拟部分），康华光编，高等教育出版社，2000年
【5】《电子技术基础》（数字部分），康华光编，高等教育出版社，2000年
【6】《实用电子电路手册》，高等教育出版社，1992年
