目前各实验室所用的恒温设备中使用的控制电路，大多尚停留在传统的热电偶或水银触点式机械温控器上，这些恒温设备普遍控温精度不高，温度阶跃明显(一般达到1℃~2℃) ,且因其机械式触点固有的易氧化特性，故障率亦不低。下面介绍一款为一台恒温(37℃)细菌培养箱而设计制作的高精度、无温度阶跃区(约0.2℃)的恒温控制器。
原理概述
本恒温控制器由两块单电源四运放和少量外围元件组成，其结构框图如图1所示。图2为其电路原理图，其中VT1, VT2的be结串联作温度传感器使用。由精密稳压集成电路TL431提供约2. 5V高稳定基准电压源，为传感器提供合适的偏置电流，并为窗口电压比较器(N7,N8)和差分放大器( N3)提供合适的参考基准电压输入;N1, N2的接入一是为了便于调试，二是为了使差分放大器的输人端尽可能平衡;电压跟随器N4起缓冲隔离作用，分别将经N3差分放大器放大后的温差电压Ud送到电压比较器N6的同相输人端和窗口电压比较器N7, N8的同相输人端上;N6的反相输人端接在由N5等组成的锯齿波电压发生器的输出端上。在锯齿波电压低于Ud期间，N6输出高电平，VT5饱和导通，使接口电路IC5得到输人电流信号，其输出端触发双向晶闸管VS在过零时导通，电热管氏得电发热，箱温升高;VD3为一绿色高亮度发光二极管，其作用有:(1)作加热工作状态指示灯用;(2}消除N6低电平残压以防VT5误导通;(3)抵消因VT6可能出现的饱和压降过大而使VT5在超温时不能可靠地截止。因RL发热，箱温升高，与设定点温度的温差减小，从而引起Ub~Uc减小，Ud亦随之减小，N6输出高电平时间减少(在一个锯齿波周期内)，以致箱温上升速度减慢。当箱温达到设定温度( 37℃ )时，温差为最小，Ud此时最小，RL工作时间最短，此时箱温基本上无变化(变化幅度很小，约0.2℃)，RL所发热量与恒温箱与外界热交换所散失的热量相当，以维持箱温高度稳定。由于RL的工作时间长短与温差密切相关(温差大时Ud大，RL工作时间长，产热较多，反之，RL工作时间短，产热少)，且传感器的输出经约100倍放大，故本控制器的精度和灵敏度都较高，基本上无明显的温度阶跃区。
图1
图2
N7、N8为一窗口电压比较器。当箱温低于设定温这下限时，N7输出高电平，黄色发光二极管VD4亮，表示欠温状态，同时使g点得到约3V直流电压，供给报警声响集成电路IC4产生报警声，经VT7放大驱动扬声器BL发声告警。而当箱温因某种原因失控而超过设定温区上限时，N8输出高电平，一路使红色发光二极管VD5发光指示出超温状态，并给告警电路供电，使B发声告警;另一路经R17使VT6饱和导通，迫使VT5截止，切断VD3 、IC5的输入电流，使VS关断，RL停止工作以防箱温继续上升，从而保护了箱内培养物品不被热死。
元器件选取
N1~N4用一块LM324N，N5~N8用另一块LM324N, IC1用高精度可调三端稳压集成电路TL431 , IC4用四声集成片KD - 9561, IC5用过零通断型光电藕合器MOC3041或MOC3061等型号;VS用12A 600V双向晶闸管;为减小电路体积，BL选用达华厂的120Ω扬声器;RV用2kΩ/470V压敏电阻，RP1用500Ω有机实芯电位器，RP2、RP3用1MΩ微调电阻，R15、R16用5 .1 kΩ电位器代替，调试后换上同阻值固定电阻即可;C2用100uF钽电解电容器;VT3用穿透电流较小的3CG21B等PNP型硅三极管;VD1用任一型号发光二极管(兼作电源指示灯用)，VD2用1N4148等开关二极管，VD3用高亮度绿色发光二极管，VD4用高亮度黄色发光二极管，VD5用高亮度红色发光二极管，其它图中已有标注。
安装调试
按图2数据选件并装焊无误后，接上200mA 15 V直流稳压电源(可用78M15获得)，将VT1、 VT2焊上双芯屏蔽线(约1m长)置37℃恒温箱内，调RP1使Ud约为0.5V;调RP3使A5的振荡周期约为60秒;调RP2使VT3的IC约为30uA即可。R15, R16为窗口电压设定值电阻，一般设定窗口温区为35℃ ~38℃，低于35℃时，使N7输出高电平，VD4亮;高于38℃时，使N7输出高电平，VD5亮，此二只电阻相互牵制，应反复调试，直到满意，即在温度为35℃~38℃时，VD4~VD5皆应不亮，整个调试即告完毕。最后将传感器固定在原恒温箱内的热电偶套管中(注意应先取出热电偶套管中的传导玻璃棒并注意传感器引脚的绝缘)，将电路板装入外壳中置于恒温箱上即可。
本控制器具有灵敏度高、控温精度高并无明显温度阶跃区及无触发等特点，且由于使用过零控制技术，使得晶闸管的抗冲击能力得以提高，从而增加了它的可靠性。由于用高效发光二极管作各种指示，且部分元器件的多重作用，使得电路不但功耗低，而且结构简洁。
本电路的供电，应从变压器降压并经稳压后得到。以12V~15V 200mA左右为宜。由于电路处于长期工作状态，要求降压变压器的温升应小，业余条件下可用两只5VA 15V电源变压器串联代替。
