温控仪的改进设计

　　在实验中发现，原方案的加热指示灯只有一个红色发光二极管，在加热状态时点亮，不加热时熄灭，这样在电路出现问题时不易发现，所以我又用PNP三极管做开关控制一绿色发光二极管，改进后，不加热时绿灯亮，加热时红灯亮，很直观。控制电路的原方案仅由7107的20脚控制，不论测量值与设定值相差大小，在加热时一直处于全功率加热状态，这样在加热功率较大时热惯性也较大，影响了控温精度。为此我又设计了可调占空比的电路，如下图所示，使加热功率按测量值和设定值的差值大小做相应变化，取得了很好效果。

加热功率的大小与控温精度密切相关，所以我采用了小功率加热，但由于变压器体积较大，便运用可调占空比的电路来降低加热功率。即将模拟输入端的电压差经过减法和放大电路后送人运放的同相端，同时，由8038发出的三角波接入反相端，输出的矩形波用来控制电路。这样，在控温时，可以根据7107模拟输人端的电压差大小来调节输出矩形波的占空比，从而动态调整加热功率。可调占空比原理如下图所示。

　　由于加在输入端31、30的信号是电压差信号，所以需要对该信号进行减法运算。如下图采用的单一运放实现减法运算的电路，Uo=kU1+kU2，当U2=0时，电路为反相放大器，输出电压为Uo=R2/R1xU1,从而可以得到K=-R2/R1。当U1=0时，电路为同相放大器，输出电压为Uo=[R5/(R4+R5)]x(I+R5/R4)U,'lpk=[R5/(R4十R5)]x(1+R5/R4)。将此两种情况的输出电压迭加，就可得到整个电路输出电压的表达式Uo=[R5/(R4+R5)x(1+R5/R4)U2-R2/RlxU1,当阻值比相同时，即R2/R1=R5/R4=a时，则有Uo=a(U2-U1)，为了减小干扰对7107的影响，该电路选用的a=1。

　　加在输入端的电压差信号为毫伏级信号，进行减法运算后也是如此，在随后接入的与三角波比较产生矩形波的电路中，毫伏级信号会造成产生的矩形波占空比可调范围过窄，因此，考虑采用运放进行电压信号的放大，使占空比的可调范围符合要求。由图可知，放大倍数K=100k/lk=100。

　　如图1所示，三角波接入运放的反相踹，从减法器输出的信号接入同相端。当三角波的电压低于同相端电压时，运放输出高电平，MOC3041导通。

　　在交流过零时可连续触发双向晶闸管，并且容许若干个交流波通过电路；当三角波的电压高于同相端电压时运放输出低电平，MOC3041截止，交流电压过零后停止加热，从而完成对负载加热功率的调控。在设定温度和测量温度相等时，运放维持一个额定输出，使PWM保持一定的占空比输出，这时的加热功率产生的热量与恒温槽的耗散热量相等，其温度波动很小，实现高精度控温目的。当测量温度上升，运放的输出增大，PWM占空比下降，导通的交流电压周波数减少，从而使恒温槽温度下降，达到精密控温的效果。与门IC3A的作用是通过20脚控制加热电路的通断，保证加热电路可靠通断。总电路图见下图。