集成运放的工作原理

见图，运放是一个开环放大倍数极大的放大器，两个输入端“＋”、“－”之间只要有微小的电压差异，就会使输出端截止或者饱和。而输入端的输入电阻非常大，可以认为不需要输出电流。

如果按照图示将运放接成闭环电路，则运放的放大倍数等于（Rf+R2)/R2

因为可以理解运放的“－”端的电压永远等于“＋”端的，而“＋”端的电压等于Vi（R1上无电流，也就无压降），而“—”端的电压又等于Vo在Rf和R2上的分压，

所以有：

Vi＝V0×R2/(Rf+R2)，即：

Vo＝Vi×(Rf+R2)/R2

555定时器及应用
一、实验目的
1．熟悉单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理；
2．了解555定时器的结构与工作原理。
二、实验原理
（一）555电路的工作原理
1、基本组成
555电路的简化结构图如图81(a)所示，逻辑符号及外引脚排列如图81(b)所示。它的内部主要由一个分压器、两个电压比数器、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的晶体管和输出驱动电路组成。
（1）分压器：由3个5KΩ的精密电阻组成，它为两个比较器A和B提供基准电平。若5 脚悬空，则比较器A的基准电平为UREF1= UCC ，比较器B的基准电平为UREF2= UCC 。
改变5 脚的接法可改变A、B两比较器的基准电平的大小。
图8－1 555的简化结构图

3

8

4

555

5

2

1

6

7

TH

TR

D

UCC
OUT

CO

（b）

OUT

3

R
S

Q
V

-

A

∞

+

-

B

∞

+

1

2

8

4

7

6

5

1

+UCC
T

CO

D

TR

TH

(a)

VREF1

VREF2

（2）比较器：比较器A、B是两个结构完全相同的高精度电压比较器，A的输
入端为6脚高电平触发端TH，当 UTH> UREF1 时，A比较器输出低电平；当UTH< UREF1时，A比较器输出高电平。比较器B的输入端为(2脚)低电平触发端 ，当 > UREF2 时，比较器B输出高电平；当 < UREF2时，比较器B输出低电平。比较器A、B的输出直接控制基本RS触发器的动作。
（3）基本RS触发器：RS触发器由两个与非门组成，它的状态由两比较器A、B的输出控制，根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。
（4）开关放电晶体管管和输出缓冲级：放电晶体管为T，也可作为集电极开路使用。反相器构成输出级，可提高带负载能力。
2、工作原理
综上所述，根据图81(a)所示电路结构，可以很容易得到555电路的功能表。见表81所示。其逻辑符号及引脚排列见图8－1(b)所示。
表81 5G555的功能表
输入

输出

R端
TH
TR
OUT端
放电管T

0
╳
╳
0
导通

1

1

1
0
导通

1

0

0
1
截止

1

0

1
不变
不变
≥

<

<

≥

<

≥
（1）构成单稳态触发器
由555电路构成的单稳态定时电路如图82（a）所示，该电路利用电容、电阻
构成的积分电路来延时的，定时电容CT接到6 脚、7脚和地之间，通过电阻RT给电容CT 充电，电容器的电压为uc，当内部晶体管T导通时，可以把电容器储存的电荷迅速释放，使电容器的电压迅速下降到0，2脚作为触发器的输入端，采用负脉冲触发。
当电源接通后，因为UTH< UREF1， > UREF2，所以，当555电路输出为0时，内部晶体管T导通，电容CT不能充电，电路将保持输出为0的稳定状态；若555电路输出为1时，内部晶体管T截止，电容CT通过RT充电。当电容CT的电压上升到UC=UTH＋UREF1时，555电路输出变成0，晶体管T导通，电容CT通过晶体管T把存储的电荷释放，使UTH迅速小于UREF1 ，使555输出电路变为0的稳定状态。由此可知，不论在哪种情况下，电源接通后，电路均会自动处于稳态。
当在输入端加一负向触发脉冲时，由于 < UREF2 ，使555输出变为1，内部晶体管T截止，电路进入暂稳态，电容CT通过RT充电。充电的快慢取决于CT和RT的值。输出的脉宽取决于电容电压自0V上升到 UCCV所需要的时间，脉宽为：tW＝11RTCT。当电容上的电压上升到uC=UTH= UREF1 时，555电路输出为0，由于T导通，CT通过T把储存的电荷释放，使UTH迅速小于 UREF1 ，电路重新进入555输出为0的稳定状态。电路波形如图82（b）所示。
图8－2 单稳态触发器

t

t

t

uCC

uI

uO

tw

tw

Ucc

0

0

0

（b）

+UCC

（a）

3

8

4

555

5

2

1

6

uO

uI

001mF

RT

CT
（2）构成多谐振荡器
用555电路构成的多谐振荡器电路见图83（a）所示。
当电源接通时，UREF1= UCC，UREF2= UCC ， =0 ，UTH =0。所以555电路输出为1，内部晶体管T截止，电容CT通过R1和R2充电。随着电容电压uC的升高，当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持原状态不变。当uC大于UREF1后，因 = UTH> UREF1，所以555电路输出变为0，内部晶体管T导通，于是电容CT通过RT和T放电，使uC电压下降。当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持不变。当uc<UREF2 时，555电路输出再次变为1，内部晶体管T再次导通，重复上述过程，结果在输出端得到了如图83（b）所示的波形。该电路输出矩形波的周期取于电容的充、放电的时间常数。其充电时间常数为： T1= (R1+R2)CT
放电时间常数为： T2=R2CT
输出矩形波的周期为： T=T1+T2=07(R1+R2) CT
+UCC
R1
555
8
4
7
6
2
3
5
1
R2
u0
001mF

CT
(a)
UCC
t

t

o

o

uC

uC

UCC
t2
t1
(b)
图8－3 多谐振荡器
改变充、放电的时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽。
（3）构成施密特触发器
将555电路的2脚和6 脚连接到一起作为输入端，5脚通过001μF的电容接地，4脚和8脚相连接就构成了施密特触发器，其电路图见图84（a）所示。UREF1＝ UCC，UREF2＝ UCC。设输入信号uI为图所示，uI自0逐渐增大，在uI< UREF1，uI< UREF2时，UTH <UREF1 、 <UREF2, 则555电路输出为1。当uI上升到UREF2< uI< UREF1时，即UTH < UREF1 、 >UREF2, 555 电路输出保持原状态不变；当uI上升到uI>UREF1时，即UTH > UREF1, > UREF2， 555 电路输出为0；若uI再上升,输出状态将保持不变；当uI上升到最大值后，开始下降，在UREF2< uI< UREF1时，555 电路输出仍保持不变，直到uI< UREF2时，555 电路输出又变为1，其输出电压的变化见图84(b) 所示。
+UCC

（a）

3

8

4

555

5

2

1

6

uO

uI

001mF

图8－4 施密特触发器
1572

uO

uI

t

t

UCC

UHT

ULT

0

0

（b）
由以上分析可知电路的回差电压为： =UHT—ULT= UREF1—UREF2= UCC ，若要求回差电压可调, 可在5脚接入电压UCo，此时，UTH=UCO、ULT= UCO。回差电压为 = UCO。所以，只要改变外加电压UCO的值，就可以改变回差电压的大小。

1 热水器烧水慢怎么回事
1、加热棒上有水垢
无论是储水式电热水器或是即热式电热水器都会受到水垢的影响，长时间不清洗会使加热棒上附着水垢，导致加热棒热量无法传递给冷水，清洗后故障解除，故障严重时及时更换加热棒。
而热水器内胆很容易沉淀水垢，由于水垢占用看内胆的空间，使得热水器储水体积变小，大大降低热水器的热效率。长期累积的水垢还会腐蚀换热器，引发爆管。热水器内胆最好两年深度清洗一次，避免热水器耗电量越来越高。
2、加热管功率问题
现在的储水式电热水器内部几乎都不是一组加热管，而是2-3组加热管，同时为了满足不同的用水模式，每层分别设置不同功率，不同长度的加热管。
如果其中的一个加热管坏掉，那么相应的内胆中水的加热速度肯定会变慢，此时需及时更换新的电热管。加热管功率越大，加热时间就越短;热水器加热管功率小加热时间就长，但最终的耗电量并无多大差异。
3、室温下降导致的
电热水器加热时间还与进水温度、室温有关。因此，夏天与冬天相比，同一台机器在夏天加热时间比较短。由于进水温度及环境温度的下降，导致加热时间长，对有功率转换功能的电热水器而言，可能热水器设置不对，使用模式设置不正确，使用了低功率档加热，建议将其开关旋转到最大功率档加热。
4、热水器使用时间
热水器使用时间过长，加热管已经开始老化或损毁了，这种情况热水器烧水的时间也会变慢。虽然理论上热水器没坏就可以继续用，但是如果烧水时间太长，非常浪费电，算起来还是更换一个更好。

右边那个里面画了一个滞环的方块儿（是个施密特反相器）是施密特触发器。三级管在虚线内只是表现出这是一个集电极开路（见上面文字描述）的输出，并不是一个完整的输出单元。完整的输出单元应该在现有电路的基础上，三极管的集电极通过上拉电阻接到一个电源上。
在输入信号从跳变到低电平时，三极管截止，电源通过上拉电阻对电容充电，A点电位逐步上升。当上升到施密特反相器的Uth+时，施密特反相器的输出跳转（输出低电平）。当输入信号从低电平跳变到高电平时，三极管导通，电容通过管子放电。与充电时不同，因为放电回路中没有电阻，这一过程几乎是瞬间的。此时A点电位突然下降，突然低于施密特反相器的Uth-，因此电路的输出几乎会与输入信号跳变的同时跳变（输出高电平）。由于有集电极开路的三极管和施密特反相器两个反相环节，因此输出和输入的逻辑电平是相同的。
这就是为什么在图中输出的上升沿和输入基本是同步的，而输出的下降沿会比输入延迟一些，即所谓“脉冲展宽”的作用。展宽多少，由电容的充电到Uth+时间决定，因此图中画的是一个可调的电容，意思就是可以通过这个调节展宽的程度了。

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