LM358是常用的雙運算放大器，它具有低功耗、高增益和寬電源電壓范圍等特點，被廣泛應(yīng)用于電流放大、信號調(diào)理和濾波等場合。本文將圍繞LM358放大電路展開，包括其基本參數(shù)、典型應(yīng)用電路及其工作原理、設(shè)計要點、特點和在實際應(yīng)用中的一些注意事項。

LM358的基本介紹

LM358是一款由德州儀器（TI）推出的雙運算放大器，它由兩個獨立的高增益運算放大器組成，可以在單電源或雙電源模式下工作。該芯片的主要優(yōu)點在于其低功耗和寬電壓范圍，使得它能夠適應(yīng)許多不同的應(yīng)用需求。LM358的工作電源電壓可以從3V到32V，適用于低功率電池供電設(shè)備。此外，LM358的低功耗特點非常適合那些需要長時間工作的電路，如傳感器信號放大、音頻放大和工業(yè)自動化系統(tǒng)等。

LM358的主要參數(shù)

1. 工作電壓：3V至32V

2. 靜態(tài)電流：典型值2.0mA，最大值3.5mA

3. 開環(huán)電壓增益：100dB

4. 輸入偏置電流：最大250nA

5. 帶寬：1MHz（增益為1時）

6. 電壓擺幅：最大輸出電壓接近電源電壓

7. 溫度范圍：0℃至70℃（商用級），-40℃至85℃（工業(yè)級）

LM358的典型應(yīng)用電路

LM358作為運算放大器，可以設(shè)計成各種放大電路，包括電壓跟隨器、反相放大器、同相放大器、積分器和比較器等。下面介紹幾種典型的應(yīng)用電路，以便更好地理解其工作原理和應(yīng)用場景。

1. 電壓跟隨器

電壓跟隨器是最簡單的放大電路之一，它的增益為1，輸出電壓與輸入電壓一致，但提供了更強的驅(qū)動能力。在電路中，輸入信號接到放大器的同相輸入端，輸出端直接反饋到反相輸入端，這樣的設(shè)計使得放大器的輸出能夠精確地跟隨輸入電壓。這種電路主要用于信號緩沖和隔離，以避免信號源受到負載的影響。

電路特點：

• 輸出電壓等于輸入電壓

• 不放大信號，僅提供緩沖作用

• 適合高阻抗信號源

2. 反相放大器

反相放大器是一種常見的放大電路，具有較高的增益。其電路結(jié)構(gòu)中，輸入信號接到運算放大器的反相輸入端，而同相輸入端接地。反饋電阻Rf和輸入電阻Rin的比值決定了電路的電壓增益，增益公式為：$A_v = -frac{R_f}{R_{in}}$Av=?RinRf。負號表示輸出信號與輸入信號的相位相反。

電路特點：

• 輸出信號與輸入信號相位相反

• 增益可調(diào)，通過選擇合適的反饋電阻和輸入電阻

• 適用于信號調(diào)理和負反饋控制

3. 同相放大器

同相放大器的輸入信號接到運算放大器的同相輸入端，反相輸入端與輸出端之間通過反饋電阻連接，并串聯(lián)一個輸入電阻Rin。此時的增益為：$A_v = 1 + frac{R_f}{R_{in}}$Av=1+RinRf。這種電路常用于增益控制和電壓放大。

電路特點：

• 輸出信號與輸入信號同相

• 增益為正值，可以調(diào)節(jié)增益大小

• 適用于高輸入阻抗的信號放大

4. 積分器和微分器

積分器電路利用運算放大器對輸入信號進行積分操作，以得到累積的輸出信號。在積分器電路中，輸入信號通過電阻接到反相輸入端，反饋回路中接入一個電容。微分器電路則是通過對輸入信號求導(dǎo)來得到瞬時變化率的輸出。積分器和微分器通常用于信號處理、濾波器設(shè)計等領(lǐng)域。

電路特點：

• 積分器輸出信號為輸入信號的積分

• 微分器輸出信號為輸入信號的導(dǎo)數(shù)

• 適用于模擬信號處理和自動控制系統(tǒng)

LM358的工作原理

LM358的核心是其內(nèi)部的兩級放大結(jié)構(gòu)，由輸入級和輸出級構(gòu)成。輸入級為差分放大電路，用于接收輸入信號，并將其放大到一定幅度后傳遞到輸出級。輸出級一般由共射極電路組成，主要用于提供電流驅(qū)動能力，使輸出電壓能夠在負載上正常工作。由于采用了集成電路的設(shè)計，LM358的內(nèi)部電路布局緊湊，信號延遲小，因此具有較高的帶寬和增益。

設(shè)計LM358放大電路時的要點

1. 供電電源選擇：根據(jù)應(yīng)用場景選擇單電源或雙電源供電模式。LM358支持單電源供電，適合低功耗應(yīng)用。

2. 電阻匹配：在設(shè)計反相或同相放大器電路時，反饋電阻和輸入電阻的選擇決定了增益，因此需要準確選擇和匹配電阻。

3. 輸入阻抗：LM358的輸入阻抗高，但在低阻抗信號源應(yīng)用中，仍需添加一個輸入緩沖，以避免信號衰減。

4. 電容去耦：在輸入端和輸出端建議添加適當?shù)娜ヱ铍娙?，以濾除噪聲，保證信號的純凈度。

5. 熱穩(wěn)定性：LM358的溫度特性良好，但在高精度場合中，需增加熱補償設(shè)計，保證其增益的穩(wěn)定性。

LM358的特點與優(yōu)勢

1. 寬電壓范圍：支持3V到32V的供電電壓，可以適應(yīng)多種供電系統(tǒng)。

2. 低功耗：靜態(tài)電流僅為2mA，非常適合低功耗應(yīng)用。

3. 高增益：開環(huán)增益達100dB，滿足大部分信號放大需求。

4. 低輸入偏置電流：250nA的偏置電流使其適用于高阻抗信號源。

5. 應(yīng)用靈活：支持多種放大電路結(jié)構(gòu)，能滿足不同的放大需求。

實際應(yīng)用中的注意事項

1. 電源退耦：建議在電源引腳附近放置合適的電容（如0.1uF和10uF），以降低電源噪聲對運放的影響。

2. 負載阻抗：LM358的輸出驅(qū)動能力有限，建議使用高阻抗負載，以避免輸出電流過大導(dǎo)致信號失真。

3. 頻率響應(yīng)：LM358的帶寬為1MHz，不適用于高頻信號放大，若需高頻放大，建議選用專用高速運算放大器。

4. 電流限制：在大信號驅(qū)動場合中，LM358可能會因輸出電流過大而產(chǎn)生熱量，因此需注意散熱和限流設(shè)計。

5. 失調(diào)電壓調(diào)節(jié)：LM358具有一定的失調(diào)電壓，在高精度電路中可能需要對其失調(diào)電壓進行校準，以避免影響放大效果。

LM358的實際應(yīng)用案例

1. 溫度傳感器信號放大：LM358可以用作溫度傳感器（如LM35）的信號放大器，將微小的溫度變化信號放大到便于處理的范圍。

2. 電流檢測放大：在電源管理系統(tǒng)中，通過電阻采樣電流并使用LM358放大采樣信號，以便進行電流檢測和反饋控制。

3. 濾波器電路：LM358常用于低通、高通和帶通濾波電路中，用于信號處理，濾除不必要的頻率成分。

4. 音頻放大：在一些簡單的音頻應(yīng)用中，LM358也可以用作前置放大器，為后續(xù)的功率放大提供穩(wěn)定的音頻信號。