温度放大电路的详细原理说明Word文档下载推荐.docx
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1.1电路图的绘制3
1.2电路图的组成3
1.3电路图各元器件的作用3
第二章电路图的工作原理8
第三章电路图的详细设计9
3.1电路图的详细设计9
3.2实物图的测试实际结果10
第四章实验图的实物图11
第一章电路图的设计
1.1电路图的绘制
我们小组的电路图如下图所示：
图1-1电路图
1.2电路图的组成
整个电路图结构如上图所示，其组成为以下各类元器件：
表1-1电路图各元器件
名称
数量
12V电源
1个
6.2V稳压管
2SC1815三极管
TA75458运算放大器
2个
温度系数为Z（mv/℃）的硅二极管
定值电阻
若干（阻值如上图所示）
1.3电路图各元器件的作用
1.3.112V电源
12V电源主要有两个作用，它一方面保证三极管起放大作用，另一方面又是整个电路的能源。
也就是说，输入信号通过晶体管的控制作用，去控制电源所供给的能量，以在输出端获得一个能量较大的信号。
1.3.26.2V稳压管
稳压管是一种特殊用途的面接触型硅半导体二极管。
使用时，它的阴极接外加电压的正端，阳极接负端，管子反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压，其伏安特性曲线如下：
图1-2稳压管的伏安特性曲线
由稳压管的的伏安特性曲线可知：
当其加上负向电压时会使电流稳定在
，在反向击穿时管子两端的电压变化很小，具有恒压性能。
1.3.32SC1815三极管
图1-32SC1815三极管
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：
锗管和硅管。
而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。
两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。
对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：
Ie=Ib+Ic
这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：
β1=Ic/Ib
式中：
β1--称为直流放大倍数，
集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：
β=△Ic/△Ib
式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
图1-4三极管的输入特性曲线图1-5三极管的输出特性曲线
1.3.4TA75458运算放大器
集成运算放大器有两个输入端和一个输出端，分为同相输入端和反向输入端，分别用
，且具有电压放大作用。
其输出电压
与输入电压U
（
）的特性如下所示：
图1-6运算放大器的电压特性曲线
可见在输入电压一定的时候，运算放大器具有放大电压的作用，并且开环放大电压倍数越大，其放大性能就越好。
TA75458运算放大器的管脚信息如下图所示：
图1-7TA75458运算放大器的管脚信息
1.3.5温度系数为Z（mv/℃）的硅二极管
在高温的时候，半导体的电阻与温度的特性服从指数形式的函数，但在一定的温度区域，可近似认为其电阻与温度的特性服从线性关系，且硅二极管具有负电阻温度系数。
其温度特性曲线如下示意图所示：
图1-8硅二极管的温度特性曲线
第二章电路图的工作原理
图2-1电路图
电路图中左端的第一级运放中，由于稳压管的反向伏安特性，其具有稳压作用，因此可以保证运算放大器的同相输入端电压
和反相输入端
保持不变；
因此输出端的电压恒定为：
，其中
为放大倍数。
在三极管的基极，可知基极的电流保持不变，为
；
又有三级管工作在放大状态知
也保持不变，即硅二极管所处的环境是恒流的；
当由于温度的变化而导致其电阻发生变化的时候，其两端的电压降就会相应发生变化，也即第二级运算放大的
，而
不变，因此使得第二级运放的输入电压
变化，因而经过第二级运放的放大作用使得最终的输出电压为
也相应的发生变化。
由最终输出的电压可以根据硅二极管的温度特性，反过来推算出当时所处的温度的大小，从而实现测量温度的目的！
第三章电路图的详细计算
3.1电路图的详细计算
图3-1电路图
由电路图知：
在左边的一级运算放大器中，忽略稳压管本身的电阻，则回路中的电流：
则同相端输入电压：
在经过稳压管后电压恒降6.2V，则
;
则运放的输入电压为
此时输出的电压为三极管的基极电压，即
又由三极管的性质，在忽略三极管导通后的电压降知：
而第二级运放构成差动运算：
在计算时可认为放大倍数A
为无穷大，
（其中
）
由上述可知
当
：
带入得
（V）（电阻的单位是欧姆）
至此可知由于温度的变化导致二极管的电阻发生变化，从而使输出的电压发生变化；
上述原理总述知道：
运用二极管在一定温度下的线性温度特性，即：
（K是方程的系数，由环境温度和实验环境决定）；
结合
，即
得到t=
从而实现温度的间接测量；
3.2实物图的测试实际结果
经过如下万用电表的相关测试，我们小组得到了以下结果：
数据显示，当万用电表测出来的电压越高，硅二极管的温度就越高，符合我们的计算公式。
图3-2实物图测试
第4章电路图的实物图
我们小组做出来的实物图如下图所示：
图4-1实物图正面
图4-2实物图反面
*注：
（1）电路图中100KΩ的定值电阻在实物图中用4个串联的25KΩ的定值电阻代替。
（2）实物图中的1个运算放大器有8个管脚，连接其6个管脚能代替电路图中的2个TA75458运算放大器。
（3）实物图中的三根线从上到下依次连电源正极，输出端和电源负极。
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