第一部分：NE555將SPICE動態(tài)生成的系統(tǒng)溫度維持在限制范圍內(nèi) Alain Stas現(xiàn)任Vishay非線性電阻器產(chǎn)品營銷工程師，此前曾在布魯塞爾自由大學(xué)（ULB）研究生物化學(xué)過程的數(shù)學(xué)建模。Alain擁有布魯塞爾自由大學(xué)土木工程物理學(xué)碩士學(xué)位，專業(yè)是固態(tài)電子學(xué)。   借助此模型，我們想發(fā)布有關(guān)幾種老式溫控模擬電路LTSpice建模的一系列技術(shù)說明書。雖然這現(xiàn)在看來不是那么創(chuàng)新，但通過實(shí)況實(shí)時(shí)的和，與時(shí)間無相關(guān)的方式來模擬這些電路產(chǎn)生的溫度卻具有開創(chuàng)性。在這些電路中，從ON/OFF控制開始，一直到更復(fù)雜的PID溫度控制，皆以簡單電路來產(chǎn)生系統(tǒng)（房間/爐子/冰箱）的溫度，然后通過熱敏電阻器進(jìn)行動態(tài)感測，并通過模擬器件（如定時(shí)器或模擬PID控制器）進(jìn)行調(diào)節(jié)。

 圖1   現(xiàn)在我們將用一個(gè)熱的系統(tǒng)（圖2）來完善這個(gè)電路，該系統(tǒng)的行為類似于幾個(gè)電容器 / 電阻器，且其溫度V（Tsystem）必須進(jìn)行調(diào)節(jié)。為此我們對該系統(tǒng)施加由圖1的負(fù)載（模擬行為V=F() 源）所產(chǎn)生的等效電功率，其中有一部分耗散到周圍環(huán)境（脈沖源或分段線性文件，因?yàn)槲覀儗⒃u估環(huán)境溫度變化對我們系統(tǒng)的溫度控制的影響）。為給建模過程增加一點(diǎn)趣味，這個(gè)環(huán)境溫度將出現(xiàn)一些噪聲，在這里用帶有文件（可以產(chǎn)生一些噪聲的分段線性文本文件）的PWL源來模擬。    

 圖2   這樣我們就準(zhǔn)備來構(gòu)建我們的LTSpice仿真，將555電路和電壓/溫度驅(qū)動熱敏電阻器添加到我們的新系統(tǒng)，以控制其溫度。完整電路和LTSpice指令如圖3所示。

 圖3       在所聲明的參數(shù)當(dāng)中，我們有加熱元件值Rheat，引起環(huán)境溫度變化的dT ，不同的時(shí)間t1 – t4代表施加這些變化的時(shí)刻。這個(gè)特定仿真是想知道LTSpice是否真實(shí)描述了眾所周知的電路行為，且我們將強(qiáng)調(diào)環(huán)境溫度（參見圖5的下方窗格）對電路的加熱功能的影響。   請注意，Tsystem節(jié)點(diǎn)位置的電壓與NTC熱敏電阻器U3的溫度的輸入有聯(lián)系。我們已完善了溫度控制的回路并已準(zhǔn)備好進(jìn)行仿真。   下面是瞬態(tài)仿真的完整結(jié)果，共有四個(gè)窗格。  

圖4   圖4代表流經(jīng)加熱元件的電流（上方）和555定時(shí)器的電壓差V(Trig)-VCC/3（下方）。    

 圖5   圖5代表系統(tǒng)的時(shí)間以及和NTC熱敏電阻器溫度（上方）以及和環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)變化經(jīng)。結(jié)果綜合如下。   該仿真的輸入是一個(gè)描述環(huán)境溫度變化（帶1 °C隨機(jī)噪聲）（從18 °C經(jīng)過90秒，到8 °C（90秒內(nèi)），再到-2 °C，最終回到18 °C，帶1 °C隨機(jī)噪聲）的文件（圖5的下方窗格）。   系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)首先在18 °C環(huán)境溫度時(shí)進(jìn)行，加熱元件使系統(tǒng)溫度在前90秒內(nèi)在21.4 °C和23 °C之間擺動（圖5的上方窗格）。電流在雙向晶閘管導(dǎo)通周期期間流過加熱元件（圖4的上方窗格），這些導(dǎo)通周期在V(trig)-VCC/3 > 0的時(shí)間范圍內(nèi)（圖4的下方窗格）。V(trig) 與熱敏電阻器上的電壓有直接聯(lián)系，后者跟隨系統(tǒng)溫度而變化，但具有由響應(yīng)時(shí)間定義的一些延遲{tau} (R9)。但有一些延遲，這個(gè)延遲由響應(yīng)時(shí)間{tau} (R9)來定義。   當(dāng)環(huán)境溫度降至8 °C，系統(tǒng)溫度循環(huán)會輕微變化，但我們看到雙向晶閘管的占空比出現(xiàn)增加。這時(shí)需要更多功率來使系統(tǒng)溫度與環(huán)境溫度一樣低。   到目前為止，一切都在按計(jì)劃進(jìn)行。   當(dāng)環(huán)境溫度降至-2 °C時(shí)，雙向晶閘管的工作時(shí)間增至100%，意味著輸送功率達(dá)到最大值。但是，在此情況下這還不足以使系統(tǒng)溫度在正常范圍之內(nèi)，系統(tǒng)溫度出現(xiàn)下降，隨后是NTC熱敏電阻器。僅當(dāng)環(huán)境溫度在仿真結(jié)束時(shí)回到18°C，我們才能看到溫度循環(huán)再度出現(xiàn)。   我們的結(jié)論是，我們需要減小加熱元件的電阻值，以便提供更大的功率多電能。圖6是Rheat = 100 W時(shí)的仿真?，F(xiàn)在我們看到，無論環(huán)境溫度如何，我們都能保持所期望的系統(tǒng)溫度擺動。

 圖6   總之，我們的電壓驅(qū)動熱敏電阻器LTSpice建?，F(xiàn)已成功綜合整合為溫度可控系統(tǒng)中溫控電路的驅(qū)動器可控制系統(tǒng)的溫度控制的完整電路的驅(qū)動器。仿真生動逼真，結(jié)果合情合理，波形可視化對理解電路的行為有很大幫助。   接下來幾個(gè)月內(nèi)我們將發(fā)表一篇新文章，主題是使用電壓驅(qū)動熱敏電阻器并提供精確溫度控制的PID控制器LTSpice建模。我們將借此機(jī)會強(qiáng)調(diào)NTC熱敏電阻器的電氣參數(shù)容差對溫度調(diào)節(jié)精度的影響。                                        

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