模电课程设计
之火灾报警器
学院电子工程学院
学生刘浩
学号
2016年12月18日
f一、实验原理总览图
说明
第1级电路为信号采集电路负责将温度信号转换成电信号
第2级电路为一个差分放大电路负责将较小的信号放大
第3级电路为一个单限比较器判断是否发生了火灾
第4级电路为报警电路当火灾发生时LED亮蜂鸣器发声。
二、信号采集电路设计
1、如何检测温差
我们没有温度传感器现在用二极管代替常温下硅二极管正向导通时的通电压约为07V。流过二极管的正向电流固定时温度每上升1度正向电压下降大约2mV。
f然后我们用两个一样的硅二极管一个放在容易发现感受火灾的位置把另一个保护起来用来感受常温。电路连接见图1。
图1
2、如何模拟温度升高
如图1所示我们使用了两个运放由于运放“虚短”和“虚断”的特性
U
UP0V导致输出电压即两个二极管D1、D2上电压与电阻1、2上电压之和当开关打开时上下两个电路完全一样所以输出也一样当开关闭合时运放U1的输出电压会减小以此来模拟发生火灾时温度升高时二极管上的电压下降。
开关打开时如图1U1、U2输出都为630mV说明没有温差火灾
开关闭合时如图2U1521mVU2630mV产生了109mV电压差换
算成温度大约为1092545度视为发生火灾。
f图2
3元件参数如何选择
首先要选择合适的触发温差这里我们选的触发温差为545度对应的二极管下降电压为109mV经过调试当电阻1、2为2千欧时能满足这个条件
二极管D1、D2选择1N4149导通电压为52075mV
由于运放的关系R1R6对电路影响不大在合理取值内可就设定为图2中的参数R1R3220千欧R2R4R5R61千欧
运放电压源设为12V。
三、差分放大电路设计
电路原理图
f图3有差分放大电路公式
UoRf
RUpU
Rf
R
U公式1
设计的触发电压差U为109mV所以
Uo91k
1k
×109mV9919V仿真结果如图4可见Uo9918V符合设计要求。
图5
四、单限比较器设计
f由于触发信号由差分放大电路放大后为Uo9918V我们设计的比较电压要很接近Uo才行因此要设计分压电路电压源选择Vcc12V电路如图6
图6
由分压公式
UoR9VccUo
R10公式2
我选R9100千欧得R1022千欧。
仿真结果如图7可见U
984V单限比较器输出为正10001V符合设计要求。
图7
f当Uo984V时例如Uo9V时如图8输出为负10001V与设计相符。
图8
五、报警工作电路
电路原理图9
图9
说明小电阻R11是限流电阻D3、D4是稳压二极管稳压值为6VR12是保护电阻LED1导通电压为5mA。
f仿真结果如图10可见Lr