摘要
溫度指示電路是在實際應用中十分廣泛的測量電路之一，本設計主要運用基本的模擬電子技識訓礎和傳感器原理的知識，從基本的元器件出發，實作了超溫報警電路的設計，秉承的主要思想是達到課程要求和盡可能多的利用自己所學的知識，
本文介紹一種運算放大器溫度指示及報警電路的設計方法，本電路主要由四運算放大器LM324、熱敏電阻、LED發光二極管、蜂鳴器等元器件組成，并利用熱敏電阻阻值隨著溫度的升高而減少的原理，改變LM324比較器的比較電壓，使其輸出產生變化，從而引起發光二極管發光，當溫度達到最高指示值時，蜂鳴器發出報警聲，

關鍵詞：LM324；9013三極管；比較電壓

1設計任務及要求

1.1技術要求

（1）通過慢慢調節滑動變阻器，用8個LED發光二極管來模擬溫度由低到高變化，
（2）溫度過高，即溫度超過最高位模擬溫度對應發過二極管時產生報警信號，

1.2主要任務

（1）按照技術要求，提出自己的設計方案（多種，芯片不限）并進行比較；
（2）查閱資料，確定所需各元器件型號和引數；
（3）根據設計的實作方案，在multism或protues軟體上畫出電路圖并進行仿真；
（4）在電路板上焊接組裝電路；
（5）自擬調整測驗方法，并除錯電路使其達到設計指標要求；
（6）撰寫設計說明書，進行答辯，

2方案論證

2.1方案一

方案一主要由四運算放大器LM324、熱敏電阻、LED發光二極管、蜂鳴器等元器件組成，并利用熱敏電阻阻值隨著溫度的升高而減少的原理，改變LM324比較器的比較電壓，使其輸出產生變化，從而引起發光二極管發光，當溫度達到最高指示值時，蜂鳴器發出報警器，但是所用的兩個LM324運算放大器的同向輸入端均接在同一支路上，共同由滑動變阻器控制，

圖2-1 方案一電路仿真圖

2.2方案二

方案二也主要由四運算放大器LM324、熱敏電阻、LED發光二極管、蜂鳴器等元器件組成，并利用熱敏電阻阻值隨著溫度的升高而減少的原理，改變LM324比較器的比較電壓，使其輸出產生變化，從而引起發光二極管發光，當溫度達到最高指示值時，蜂鳴器發出報警器，但是所用的兩個LM324運算放大器的同向輸入端均接在不同的支路上，第二個LM324 U1:D的同向輸入端與電阻R20串聯再與滑動變阻器RV1并聯，

						圖2-2方案二電路仿真圖

2.3 對比分析

兩種方案經測驗均可達到實驗要求，但是方案二將兩個LM324的同向電壓分開控制，并給第二個LM324加了一個限流電阻，使電路更加合理安全，
故本次設計采用方案二電路設計，

3 電路設計

如圖3-1，本電路設計是依靠改變運算放大器的輸出電壓來使LED燈依次亮，其中仿真電路時通以9V電壓，第一個LM324（U1：A+U2+U3+U4）控制D1_{D4，第二個LM324(U1:D+U5+U6+U8)控制D5}D8，開啟仿真時，三極管處于截止區，不導通，稱R19所在支路為支路1，R10所在支路為支路2，R20所在支路為支路3，其中支路1和2的電壓均為9V，支路3的電壓為滑動變阻器RV1的電壓，其中兩個LM324同向輸入端的電壓均由滑動變阻器RV1控制，第二個LM324的4個運算放大器的同向輸入端也可以直接接到支路1上，也能達到實驗想過，之所以加了一個R20將后四個同向輸入端接到支路3上是起到限流作用，保護電路，
R1~R8為限流電阻，保護LED，R19與滑動變阻器RV1組成比較電壓閾值，來控制同向輸入端電壓，沒有R19會導致所有同向輸入端電壓過大，從而使LED常亮， R10_{R18是分壓電阻，用來限定每個運算放大器反向輸入端的電壓，其中沒有R10會導致反向輸入端電壓過大，D2一定不會亮（V反>V同），c經測驗當熱敏電阻阻值為零時，只有D6}D8會亮，R9為1K基極電阻，此次用的三極管為9013，是共射放大電路，當D2亮的時候，蜂鳴器隨之被驅動，

運算放大器的反向輸入端均接在了支路3上，由圖可知，D2到D8所接的運算放大器的反向輸入端電壓依次減小，其中通過熱敏電阻RT1來改變整體反向輸入端的電壓，我們先改變滑動變阻器的阻值，使D8剛亮，此時固定同相輸入端電壓，當加熱熱敏電阻時（此處為體現效果，測驗圖中將熱敏電阻替換為滑動變阻器），反向輸入端阻值減小，輸出電壓（V同-V反）β增大，致使后面的燈亮，
此測驗結果圖為RV1滑動變阻器接通阻值為10K*(1-67%) =3.3K的時候，D8剛剛滅，之后調節RV2滑動變阻器，使其阻值變為97%，即50K97%=48.5K時，D8剛亮，當阻值變為70%的時候，即50K70%=35K的時候，8個LED燈剛好全部亮，

									圖3-1

4 總體電路設計與測驗

4.1軟體仿真與除錯

總電路圖由上面所述的單元電路組合而成，只需改變熱敏電阻的阻值即可使燈依次量，總電路仿真圖如圖4-1所示，

						圖4-1 總電路仿真圖

測驗結果如圖4-2,4-3和圖4-4所示（此處為體現效果，測驗圖中將熱敏電阻替換為滑動變阻器），此測驗結果圖為RV1滑動變阻器接通阻值為10K*(1-67%) =3.3K的時候，D8剛剛滅，之后調節RV2滑動變阻器，使其阻值變為（1-3%）=97%，即50K97%=48.5K時，D8剛亮，當阻值變為(1-30%）=70%的時候，即50K70%=35K的時候，8個LED燈剛好全部亮，

							圖4-2 測驗結果圖1(D8剛滅)

							圖4-3 測驗結果圖2(D8剛亮)

							圖4-4 測驗結果圖3(全部亮)

4.2 硬體仿真與除錯

溫度指示報警電路圖如圖4-5所示，此實物圖采用4.5V直流電源供電，利用LM324比較器的比較電壓，使輸出電壓發生變化，驅動LED亮，通過用手捏熱熱敏電阻，使反向輸出端的電壓減小，使LM324輸出電壓增大，LED會依次亮

							圖4-5(1)

							圖4-5(2)

							圖4-5(3)


					圖4-5溫度指示報警器件實物圖

溫度指示報警電路原理圖4-6所示，溫度指示報警電路PCB圖4-7所示，兩圖通過AltiumDesigner Winter 09，加入所需元件庫設計而成，

						圖4-6溫度指示報警電路原理圖

						圖4-7溫度指示報警電路PCB圖

5 體會

最開始用proteus進行仿真的時候遇到了很多的錯誤，其中最主要是選擇運算放大器耗了很長的時間，一開始沒有具體了解LM324的具體原理，LM324是一個四運算放大器，其中在用proteus里仿真時一個LM324由4個運算放大器組成，從器件庫調取器件時，應該是拿一個LM324（5引腳）和3個OP1P（3引腳，是一個理想運算放大器）組成一個完整的LM324，尤其是在Altium Designer里畫原理圖的時候第一次自己封裝LM324把他分成了四部分，百度了之后發現，LM324可以直接用畫一個填充并安裝14個引腳表示（如下圖5-1），當然需要標明各引腳的作用，然后畫PCB時封裝LM324就比較方便了，直接用Component Wizard中的DIP制作，很方便，

					圖5-1

用滑動變阻器控制好同向輸入端的電壓，熱敏電阻改變反向輸入端的電壓，
包括在畫原理圖和PCB版的時候，就應該把4個運算放大器集成到一個器件里組成LM324，標清好14個引腳的功能，
以后在做類似實習的時候，一定要先在網上查清楚所使用芯片的原理圖，了解它每一個引腳的功能，
電路焊接程序中，器件比較集成，引腳間距短，容易把兩個引腳連接在一起，
這次課程設計把學習的理論與實踐相結合，提高了我們的動手能力，讓我們了解了更多電路方面的實際知識，識訓很大，

6 系統使用的元器件清單

							表6-1溫度指示報警器件清單

7 參考文獻

[1]童詩白,華成英,模擬電子技識訓礎(第五版).北京:北京高等教育出版社,2015.7
[2]高建疆,電子電路設計制作的除錯探析[J],數字通信世界,2018.07
[3]張璐,一種測溫放大與報警電路設計[J],甘肅科技縱橫,2019.09
[4]王世福,宋世學，模電教學中運算電路教學探究[J].科技資訊,2020.11
[5]王正勇.基于LM324的信號發生器設計與仿真[J].現代電子技術,2016.1
[6]雷媛媛,超溫報警電路的設計[J],數字技術與應用,2015.12

8 附錄

1、LM324資料

LM324內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源作業模式，在推薦的作業條件下，電源電流與電源電壓無關，它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合，
LM324系列是低成本的四路運算放大器，具有真正的差分輸入，在單電源應用中，它們與標準運算放大器型別相比具有幾個明顯的優勢，該四路放大器可以作業于低至3.0 V或高達32 V的電源電壓，靜態電流是MC1741的五分之一左右（每個放大器），共模輸入范圍包括負電源，因此在眾多應用中無需外部偏置元器件，輸出電壓范圍也包括負電源電壓，
應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統的運算放大器可以更容易地在單電源系統中實作的電路，例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數字系統中，輕松地將提供所需的介面電路，而無需額外的±15V電源標準的5V電源電壓，
主要特性:
短路保護輸出
　　真正的差分輸入級
　　單電源供電：3.0 V至32 V（LM224、LM324、LM324A）
　　低輸入偏置電流：100 nA最大值（LM324A）
　　每個封裝有4個放大器
　　內部補償
　　共模范圍擴展至負電源
　　行業標準的引腳分配
　　輸入端的ESD鉗位提高了可靠性，且不影響器件作業
　　提供無鉛封裝

						圖8-1

2、9013資料

9013是一種NPN型小功率三極管，三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件，三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，三極管的排列方式有PNP和NPN兩種，s9013 NPN三極管主要用途：作為音頻放大和收音機1W推挽輸出以及開關等 ，

9.附：完整資源鏈接——溫度指示報警電路設計

（含:溫度指示報警電路設計報告+PPT+PPT講解視頻+Pcb電路封裝圖+Proteus電路仿真圖+真實器件測驗視頻）