任务介绍

题目要求：设计⼀个 NTC 热敏电阻温度传感器信号调理 PCB 模块

1. 输出0-3.3V 对应 0°C 到 40°C
2. PCB尺⼨： 40mm x 25mm
3. 主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖

请注意：PCB设计工具需用KiCad（官方邮件赠送了课程），或最终提交的文件需是KiCad文件，详见大赛主页阶段1要求和项目提交内容

模块介绍

根据任务要求本次我选用的是NT04104F3950B1F和OP07CDR芯片设计了一款NTC 热敏电阻温度传感器信号调理 PCB 模块，此模块主要用于对环境温度的测量。

NTC（负温度系数）热敏电阻的阻值会随着温度的升高而降低。通常将 NTC 热敏电阻与一个固定电阻组成分压电路，利用 NTC 阻值随温度的变化来改变输出电压。但直接的分压输出往往不能满足 0 - 3.3V 对应 0°C 到 40°C 的要求，所以需要后续的信号调理电路。

OP07CDR芯片DigiKey链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/texas-instruments/OP07CDR/555699

NT04104F3950B1F芯片DigiKey链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/eaton-electronics-division/NT04104F3950B1F/16295345

硬件选择

• NTC 热敏电阻：选择合适的 NTC 热敏电阻，例如 B 值为 3950K、常温（25°C）阻值为 10kΩ 的 NTC 热敏电阻。
• 固定电阻：根据 NTC 热敏电阻的特性和分压原理，选择合适的固定电阻，使分压输出在一定范围内变化。
• 运算放大器：选择低失调电压、低噪声的运算放大器，如 LM358 或 OP07 等，用于信号放大和调理。
• 电源：采用 3.3V 电源供电。

原理图和PCB模块介绍

分压电路

将 NTC 热敏电阻 R​ntc​​ 与固定电阻 R1 串联，连接到 3.3V 电源和地之间。分压输出电压 V​out1​​ 可以通过以下公式计算： V​out1​​=R​ntc/(​R1+R​ntc)​​×V​cc​​ 其中，V​cc​​ 为电源电压（3.3V）。

信号调理电路

使用运算放大器将分压输出电压 V​out1​​ 进行放大和偏移，使其满足 0 - 3.3V 对应 0°C 到 40°C 的要求。具体电路可以采用同相放大器或反相放大器，根据实际情况选择。

以下是一个简单的同相放大器电路示例： V​out​​=(1+​R​f/////////////////////////////////R​3​​​​)×V​out1​​ 其中，R​f​​ 为反馈电阻，R3​​3为输入电阻。

原理图

PCB

3D效果图

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

• 运算放大器：OP07，低失调电压（典型值10μV），低噪声，高开环增益（200V/mV）
• 供电电压：VCC范围±3V至±22V（典型±15V）
• 带宽：0.6MHz（典型值）
• 温度传感器：10K NTC热敏电阻（B值3950K，精度±1%）
• 输入阻抗：约10KΩ（由R1/R3决定）
• 输出驱动能力：±10mA（OP07典型值）

管脚定义板上设置及标识

• J1接线端子（4引脚）：
• • Pin1: VCC（电源正极，+15V）
  • Pin2: OUT1（传感器输入/放大器同相输入）
  • Pin3: OUT（放大器输出）
  • Pin4: GND（电源地）
• U1（OP07）管脚功能：
• • Pin1/8: VOS调零（未连接，保留用于精度校准）
  • Pin2: 反相输入（通过R2/R3反馈网络）
  • Pin3: 同相输入（连接NTC传感器）
  • Pin4: GND（负电源/地）
  • Pin5: NC（内部未连接）
  • Pin6: 输出
  • Pin7: VCC（正电源）

设计说明：
该模块为NTC温度传感放大电路，采用恒压驱动方式。R1（10K）为NTC提供偏置，OP07构成同相放大器，增益由R2/R3比值决定（需根据实际需求选择RF阻值）。C1用于电源去耦。

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

物料添加展示图

项目详情图

心得体会

这次设计的温度传感器信号调理模块让我学到分压、同相放大电路的知识点，希望下次继续努力学习进步！