武汉理工大学《模拟电子技术基础》课程设计说明书
或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID控制器。
微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。
微分部分的作用由微分时间常数Td决定。Td越大时，则它抑制偏差e(t)变化的作用越强；Td越小时，则它反抗偏差e(t)变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。 适当地选择微分常数Td，可以使微分作用达到最优。
比例-积分-微分既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。 当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。
1.4.2 PID的参数调节
I比例系数的调节
比例系数P的调节范围一般是：0.1--100. 如果增益值取 0.1，PID 调节器输出变化为十分之一的偏差值。如果增益值取 100， PID 调节器输出变化为一百倍的偏差值。 可见该值越大，比例产生的增益作用越大。初调时，选小一些，然后慢慢调大，直到系统波动足够小时，再该调节积分或微分系数。过大的P值会导致系统不稳定，持续振荡；过小的P值又会使系统反应迟钝。合适的值应该使系统由足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏，一定时间的迟缓
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要靠积分时间来调节。 II积分系数的调节
积分时间常数的定义是，偏差引起输出增长的时间。积分时间设为 1秒，则输出变化 100%所需时间为 1 秒。初调时要把积分时间设置长些，然后慢慢调小直到系统稳定为止。 III微分系数的调节
微分值是偏差值的变化率。例如，如果输入偏差值线性变化，则在调节器输出侧叠加一个恒定的调节量。大部分控制系统
不需要调节微分时间。因为只有时间滞后的系统才需要附加这个参数。如果画蛇添足加上这个参数反而会使系统的控制受到影响。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求，就可以调节微分时间。初调时把这个系数设小，然后慢慢调大，直到系统稳定。可大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5—3。
考虑到PID参数本身就非常难以调解，稍有不慎将导致系统的剧烈震荡，而这本是一个
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简单的温度控制系统，所以决定去掉微分环节，仅使用PI，主要利用它积分功能消除共模信号。克服LM324失调电压大的一大缺点，期望实现更紧密的调节。整个系统需要在一个高精度的环境下运行。
同时，由于电子市场中没有220μF瓷片电容，因此选择2个220μF电解电容加上两个发光二极管完成系统的加热制冷转换指示功能。变成如下电路图
U3A完成比例控制，U4B完成积分控制，U7D是一个反向加法器，将比例和积分的结果相加。
1.5 Tec控制单元
1.5.1 控制温度元件的选择
半导体致冷器(ThermoelectricCooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖
效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对（组），它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生″热″侧和″冷″侧，这就是TEC的加热与致冷原理。
是致冷还是加热，以及致冷、加热的速率，由通过它的电流方向和大小来决定。一对电偶产生的热电效应很小，故在实际中都将上百对热电偶串联在一起，所有的冷端集中在一边，热端集中在另一边，这样生产出用于实际的致冷器。如果在应用中需要的制冷或加热量较大，可以使用多级半导体致冷器，对于常年运行的设备，增大致冷元件的对数，尽管
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增加了一些初成本，但可以获得较高的制冷系数。
TEC的用途非常广泛，最典型的应用是激光器的温控和PCR的温控。众所周知，激光器对于温度是非常敏感的，因此对TEC的要求非常高。有些甚至要求将TEC和激光器同时采用TO封装，这就要求TEC的体积非常小。能满足此要求的公司也不多，德国的Micropelt公司是一个代表。其采用最先进的薄膜技术，并使用MEMS（微电机系统）进行加工，从而得到体积非常小的TEC。
另外还有电热丝，热电偶，加热棒，但需使用继电器，与初衷不同，所以选择使用Tec。
1.5.2 桥式推挽功率放大电路
课堂上学到，OCL和OTL两种功放电路的效率都
很高，但是它们对电源的利用率都不高。输入正弦波信号时，在半个信号周期中，电路只有一半三极管和一半电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用桥式推挽功率放大
电路，又称BTL电路。在输入信号vi正半周期时，T1，T3导通，T2，T4截止，负载电流由Vcc经T1，RL，T3流到虚“地”端：在输入信号Vi负半周期时，则运行电路的另一半。此电路同OTL相比，单电源供电，输出功率是OTL电路输出功率的4倍，对电源利用率高，理想情况下约为78.5%。将Tec放入途中RL的位置，前置电路输入电压（温度）比较结果，根据结果的正负值控制Tec上电流方向和大小，使Tec冷端和热端相互转换。来控制密室的温度，完成整个温度控制系统。
1.5.3 BTL上三极管选型
极限电压V(BR)CEO，选择器件时，器件极限电压 ＞ 最坏条件下工作电压 极限电流ICM选择器件时，器件极限电流 ＞ 最坏条件下工作电流
最大管耗PCM选择器件时，器件在最大工作环境温度下的最大允许功耗＞ 最坏条件下的管耗
断开温度比较环节，使之置于手动调节成功状态，仿真电路的运行如图。
以温度变化1℃为限，即假设输入信号为0.1V，调节“P”部分，令电位器最大，达到20K，观察NPN三极管发射结压降VBE和PNP三极管VCE如下如图。误差允许范围内处于导通状态
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但反向压差过程输入时，电路的对称性不好，给U8A加上两个二极管减小共模信号的输入电压，或使用集成仪用放大器代替U8A，并综合考虑价格问题。
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