用LED作显示的温度控制器

本文介绍的温度控制器利用10个发光二极管作为温度变化的显示，既直观又醒目。它的温度控制范围设计在150℃～240℃，曾用于照片、证件的热轧塑封机上，效果良好。也可用于烘箱等其它需要恒温控制的设备上，只需对个别元件进行调整即可。

如图1所示，显示部分采用了LM3914集成电路作显示控制。它可以直接驱动10只LED（VD1～VD10）作条状或点状显示，其内部结构如图2所示。

LM3914内部含有10个相同的电压比较器，它们的输出端可以直接驱动发光二极管。它们的反相输入端并联在一起，并通过一个缓冲器接到输入端⑤脚。而10个同相输入端分别接到由10个精密电阻串联而成的多级分压器上。而这个分压器的两端在内部没有与其它电路或公共端相连，而是直接由⑥、④脚引出，通常将之称为悬浮式，这样使得应用电路的设计更加灵活和方便。此集成电路内部还包含一个悬浮式1.2V的标准电压源，直接由⑦、⑧脚引出。外接10个LED可以作点状或条状显示：⑨、相接为点状显示，⑨、③脚相接为条状显示。

10个LED的亮度可由⑦、⑧两脚的外接电阻R来调节。通过每一个LED的电流大致等于R中电流的10倍。因为1.2V标准电压源最大可以输出3mA的电流，故通过LED的最大电流为30mA。例如当R=1.2kΩ时，流过R的电流为1mA，则每个LED在其发光时的电流为10mA。当LED的发光效率较高时，电流可以小一些，以降低功耗。

下面以一个分辨率为0.12V的10级线性电压表为例说明其工作原理。这个电压表的最大量程为1.2V，将⑨、相连，设定为点状显示，这样比较省电，⑥、⑦脚相连，④、⑧脚相连并接地，则分压器每个1kΩ电阻上的压降为0.12V，因此最下面的一个比较器1同相输入端的电位为0.12V，比较器2同相输入端电位为0.24V，依此类推，最上面的一个比较器10基准电压设定为1.2V。当⑤脚输入电压小于0.12V时，10个LED都不发光，当输入电压大于0.12V但小于0.24V时，比较器1反相输入端电位高于同相输入端，则比较器1输出低电位，使VD1发光；当输入电压大于0.24V但小于0.36V时，则VD2发光；依此类推，当输入1.2V电压时，VD10发光。以上是用10个LED作0～1.2V十级显示，每级0.12V；若将⑥脚接10V标准电压源，④脚接地，可以作0～10V十级显示，若将⑥脚接10V电压，④脚接5V电压，则可以作5～10V显示，每级0.5V。但使用时应该注意⑥脚电压至少比③脚电源电压V\(_{CC}\)低2V。

温度控制部分主要由二次稳压电路、电桥和比较器组成。为了使供给电桥和LM3914的分压部分的电压更稳定，由R1、VD16和IC1-1组成了二次稳压电路。利用LM358其中的一个运放构成电压跟随器，它的同相输入端③脚接稳压二极管VD16，由它的输出端①脚输出极其稳定的5V电压。再由R3、RP1和RP2对5V进行分压，供给LM3914的分压器，使其低端R\(_{LO}\)④脚可以设定在0～1.5V之间的任意值，而其高端R\(_{HI}\)⑥脚电压可以在1.5～2.5V之间任意设定。

将R6和温度传感器RT串联接在5V电压源上，它们的连接点A通过R7接到电压比较器IC1-2的反相输入端⑥脚，温度传感器RT（T413）当温度在150℃～240℃之间变化时，其阻值大致在1336～2076Ω线性地变化，这样A点电位约从1.35V变化到1.83V。由电阻R4、R5和电位器RP3组成温度设定电路，调RP3可以使B点电位由1V～2V变化。这样由R4、RP3、R5、R6和RT组成了一个电桥电路。如将B点电位设定在1.35V，那么当温度低于150℃时，RT的阻值将低于1336Ω（T413为正温度系数），此时A点电位必然低于1.35V，即A点电位低于B点电位，因此比较器IC1-2⑦脚输出为高电位，三极管VT导通，继电器K吸合，接通电热丝Rx的电源进行加热。当温度高于150℃时，由于 RT阻值增大，A点电位将高于B点电位，于是IC1-2⑦脚输出为低电位，使VT截止，加热停止。等到温度低于150℃时，RT阻值减小，A点电位又会低于B点，于是又开始加热。这样就把温度控制在150℃，达到了恒温控制的目的。在比较器IC1-2⑤脚、⑦脚之间接有R11（10MΩ），目的是引入一定的正反馈，使比较器输出端的状态变化可靠，不产生抖动。如果将LM3914分压器的高端R\(_{HI}\)和低端R\(_{LO}\)电位分别设定在1.83V和1.35V，则当VD1点亮时就对应150℃，VD10点亮时就对应240℃，总共为十级显示，具体显示的温度由IC1-2⑤脚电位决定，当选择开关S2在设定位置时，调节RP3就可以通过LED显示的度数将温度设定在所希望的温度上。比如说欲将恒定温度设定为200℃，那就应该调节RP3使VD6发光。然后将开关S2拨到测控位置，如果实际温度低于200℃，则电热丝就开始加热，同时可以看到随着温度不断升高，VD1～VD5会逐个点亮，一直到VD6点亮时，表示温度已经达到200℃，此时VT截止，通过继电器K断开电热丝的电源。当温度降到200℃以下时，又会再次接通电源开始加热。

IC1选用LM358双运放，可以单电源工作。IC3选用LM3914，也可选用国产的SF3914，是一种应用很广泛的LED点/线驱动器集成电路。

RP1、RP2选用优质密封式半可调电阻；RP3选用国产WXD-3-13型多圈电位器，阻值为1kΩ（1±5％）；继电器选用JQX-4F，线包额定电压为12V，触点电流为交流3A，能可靠地用于控制500W 以下的电热丝；电源变压器采用5VA的单12V即可；温度传感器RT选用T413型，它适用于0℃～300℃的控制电路，阻值在0℃时为486Ω、在300℃时为2662Ω。若改用其它型号的传感器，应调整R3～R6以及RP1～RP3的数值。

除变压器T、电位器RP3、开关S1、S2以及10个LED外，其余元器件全部安装在一块印制电路板上，温度传感器RT要安放在恒温箱内，作为取样。

调试时，将一只0℃～300℃的水银温度计靠近RT放置。先将S2置于测控位置，再调节RP3使B点电位最高，此时VT导通，开始加热，当温度计指示值为150℃，调节RP2使VD1正好点亮。随着温度逐渐上升，等到温度计指示值为240℃时，再调整RP1使VD10正好点亮即可。然后将RP3调到B点电位最低的位置，此时停止加热，温度会逐渐降低，直到温度降到150℃时，VD1应该正好点亮，否则应再次微调RP2。上述过程重复几次，再对RP1、RP2作适当调整，使得150℃时VD1正好点亮，240℃时VD10正好点亮为止。然后将RP1、RP2用蜂蜡封固。至此大功告成。

（张桂芬）

编者注：
有关LM3914更详细的原厂资料可上网查询：www.national.com/ds/LM/LM3914.pdf。