《模拟电路基础》应用设计报告 设计题目： 火灾报警电路设计 一、设计任务 本实验采用运放 741、稳压管、LED 显示灯设计了一个简单的火灾报警装置，模 拟实际生活中的报警器的报警原理，实现火灾发生时的及时报警。 主要完成以下工作： 当电路中输入端没有产生电压差时，LED 不发光。 温度与正常环境情况差达到一定条件时，LED 灯就能发光，实现报警器的灵敏 性。 二、电路原理 1.电路总体说明 火灾报警电路的框图如下： 图 1 火灾报警电路框图 2.各部分电路原理 （1）温度传感电路 温度传感电路由热敏电阻随温度变化转化为输出电压。在设计中，使用电 压源 ui1、ui2 模拟温度引起的电压变化，但在实际电路中可以用二极管作为实际 的温度传感器。 图中以二极管作为温度传感器，将温度变化转化 为输出电压 ui。 原理：用恒定电流驱动二极管； 输出电压 ui 等于二极管的正向电压； 

图 2 温度传感电路 电压下降。 温度上升时，二极管正向电压下降，输出 （2）电压放大电路 发生火灾时，温度传感器的电压差可以迅速上升至几十到几百 mV，根据后 级的比较电压确定放大倍数，通过差分放大器将电压放大到大于比较电压。 图 3 电压放大器 （3）单限比较器 差分电路输出的电压从 A2 的正向输入端输入，与单限电压比较器的阈值 电压 UT 进行比较。 当 uo1UT 时，uo2=UoH。 图 4 单限比较电路 运放输出端可以用稳压管限幅，根据稳定电压和稳定电流、负载电流可以 计算限流电阻。 （4）声光报警电路 当 A2 输出为高电平时，发光二极管导通，发光。晶体管 T 导通，蜂鸣器鸣 叫。 

图 5 声光报警电路 3.参数选择 运放输出端可以用稳压管限幅，根据稳定电压和稳定电流、负载电流可以 计算限流电阻。确定的限流电阻为 100Ω。 根据稳定电压和发光二极管的导通电压（1.5-2V）、工作电流（10-20mA） 可以计算电阻 R5 约为 200Ω 根据选择的基极电流（IB）和稳定电压计算基极电阻 R6 约为 10kΩ。 三、电路仿真和结果 使用 Multisim 软件仿真时，为了便于模拟实验，没有使用真正的温度传感器来 通过改变电阻的大小改变电路中电流的方法，而是直接将两个电压接入电路中 的两个输入端，形成电压差来模仿温度变化对输入电压的影响。 图 6 Multisim 仿真电路图 仿真结论： 图 7 Multisim 仿真结果 当差分放大器的输入电路存在电压差时，经过差分放大器输出放大后的电压 差，此时的电压差比单限电压比较器的阈值电压大，为高电平，使得后面的发 光二极管和晶体管电路导通，从而实现二极管发光和蜂鸣器鸣叫。 

四、电路加工及测试 图 8 电路实物图 经过 Multisim 仿真，对电路的结构已经有了一定的了解。选用面包板对电 路进行搭建，要求熟悉面包板内部的连接方式。 注意事项：实物搭建和仿真不是完全相同，仿真时采用单电源供电，而在 制作电路时，运算放大器需要使用正负电源供电。因此，电路中运算放大器的 接地端要与其他部分的接地端分开，来接负电源。 测试：测试时使用学生电源，使其输出为同步的 5v 的正负电压，中间相连 设为“地”。将搭建好的电路的正向输入、反向输入、地分别与电源相连。此 时，温度控制电路是完全相同的，相当于正常情况，发光二极管不发光，蜂鸣 器不响。接下来，使用热水瓶对温度传感电路中与差分放大电路的反向输入端 相连的二极管加热，改变其输入电压，可以使用万用表测得此时温度传感电路 中二极管两端的电压，发现有变化，这时声光报警电路工作，发光二极管发 光，蜂鸣器鸣叫。 

图 9 电路测试结果图 五、问题解答 首先，实物电路是按照仿真电路图搭建的，这样有一个问题是只要外部供 电发光二极管就会一直亮。后来经过询问同学得知运算放大器的性质与仿真有 区别，将放大器的接地端取出接负电压，解决了问题。 在实际测试中又发现了问题，蜂鸣器始终不响。经过对电路各部分的检 查，使用电压表测电路中各点的电压进行排除，我发现自己的电路中蜂鸣器两 端电压很小，没有到能够正常工作的范围。反而发现晶体管 BJT 分得的电压非 常大，由此得出是晶体管的问题，更换了晶体管之后，电路测试正常。 六、总结 这次电路设计直接采用小班讨论课的思路，对老师给出的仿真电路进行思 考。但是用 multisim 仿真时，由于没有办法设置环境温度和温度变化，因此直 接使用 1V 和 1.2V 来表示真实情况下由于温度变化而引起的电压差。在实际电 路加工中，这部分的实现使用的是温度传感电路，通过改变与差分放大器负输 入端相连的部分的温度改变输入电压，产生电压差。 在测试过程中，二极管温度传感器感知温度变化产生的电压变化能够引起 发光二极管发光经计算大约需要 50 摄氏度。在测试时，电路不是那么灵敏，这 里还需要进一步的改进。 总之，这次的电路设计、加工加深了我对模电的认识，而且在实际做电路 的时候会出现一些理解上不能想到的问题，在解决这些问题的过程中，锻炼了 我们思考的能力，加强了我们的模电的了解。 电路设计、仿真、加工、测试过程中的收获和体会，对课程的理解，对实 际电路的认识等等。