可调节加热器.docx

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可调节加热器

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、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）。

图1

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

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φ1和φ0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

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。

Inputs

Output

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（kΩ）

温度（℃）

电阻（kΩ）

温度（℃）

电阻（kΩ）

温度（℃）

电阻（kΩ）

27.62

4.16

1.933

22.3

8.152

3.552

1.663

18.19

6.951

3.048

1.438

14.81

5.843

2.614

1.249

12.25

4.916

2.227

1.064

表2

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、电路工作原理

加热器装置的电路主要由：

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+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。

（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。

图2

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

电子开关及可控硅触发电路正常工作

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

引脚

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？

（2）、若将晶振Y1由32.768kHZ更换为455kHZ，请问U5第5脚的输出周期是的多少？

四、电路设计软件PROTELDXP2004应用

――八路断线数显报警器

制作电路图元件符号，新建原理图元件库文件，在库中绘制图10上的U2

1、绘制原理图

（1）建立原理图文件，并设置原理图图纸尺寸为A4。

（2）根据图10原理图，必须将自制的元件符号用于原理图中；绘制清单详见表2

2、制作封装

建立PCB元件封装库文件，并在库中绘制元件DS1和SPST-1的封装。

（1）元件DS1的封装外形尺寸如图11所示，它的焊盘直径为75mil，焊盘孔径为35mil，焊盘间距为100mil。

（2）元件SPST-1的封装外形尺寸如图12所示，它的焊盘直径为80mil，焊盘孔径为40mil，焊盘横向间距为180mil，焊盘纵向间距为260mil。

3、创建网络表文件

根据原理图创建网络表文件。

4、PCB设计

5、在绘制PCB时，须使用以上自制的元件封装，其他元件封装详见表2，绘制要求如下：

（1）电路板外形尺寸不大于：

3200mil（宽）×2400mil（高）；

（2）元件布局合理，所有元件均放置在TopLayer；

（3）信号线宽15mil，+5V线宽40mil，地线线宽50mil；

（4）对晶振电路部分进行铺铜操作，填充格式为90Degree，与GND网络相连，放置层为TopLayer；

图10

图11图12

表3

Libref

PartType

Designator

Footprint

Library

CAP

0.1uF

RAD0.2

MiscellaneousDevices.Lib

IN4148

1N4148

1812

MiscellaneousDevices.Lib

1N4148

1812

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

R11

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

1kΩ

R10

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

5.1kΩ

R13

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

5.1kΩ

R12

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

6MHZ

XTAL1

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

10kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

10kΩ

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

ELECTRO1

10uF

RB.2/.4

MiscellaneousDevices.Lib

CAP

30P

RAD0.1

MiscellaneousDevices.Lib

CAP

30P

RAD0.1

MiscellaneousDevices.Lib

ELECTRO1

220uF

RB.2/.4

MiscellaneousDevices.Lib

RES2

470Ω

R19

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES3

470Ω

R16

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES4

470Ω

R20

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES5

470Ω

R18

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES6

470Ω

R17

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES7

470Ω

R15

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

RES8

470Ω

R14

AXIAL0.3

MiscellaneousDevices.Lib

PNP

1015

TO-92A

MiscellaneousDevices.Lib

自制

AT89C2051

DIP20

CON9

SIP9

MiscellaneousDevices.Lib

VOLTREG

LM7805

TO-220

MiscellaneousDevices.Lib

AMBERCA

MY5011AH

DS1

自制

7segdisp.Lib

SW-PB

SPST-1

自制

MiscellaneousDevices.Lib

BUZZER

蜂鸣器

SIP2

MiscellaneousDevices.Lib

我安装后的实物图，这个没有现成的了我只有把那些元件发给你你自己花一点时间焊接一下

应该没有问题哈！

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