一、LM358簡(jiǎn)介與供電需求

LM358 是一種經(jīng)典的雙運(yùn)算放大器芯片，由德州儀器 (TI) 公司最早推出，廣泛應(yīng)用于電子線路設(shè)計(jì)中。其內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器，可同時(shí)處理兩個(gè)通道的信號(hào)放大任務(wù)。LM358 之所以受到設(shè)計(jì)師們的青睞，主要因?yàn)樗邆漭^低的功耗、較寬的電壓供電范圍、穩(wěn)定的性能、并且性?xún)r(jià)比高。

1.1 LM358 的供電范圍

LM358 的供電范圍較為靈活，可接受的工作電壓為 3V 到 32V，也可以在±1.5V 到±16V 的雙電源模式下工作。這樣的供電范圍允許 LM358 在多種供電環(huán)境中使用，如電池供電、DC適配器供電、甚至是太陽(yáng)能供電等。這使得 LM358 能適應(yīng)從簡(jiǎn)單的傳感器放大電路到更為復(fù)雜的音頻放大電路等多種場(chǎng)合。

1.2 LM358 的內(nèi)部供電結(jié)構(gòu)

LM358 的內(nèi)部供電采用了低功耗的設(shè)計(jì)思路。內(nèi)部電路包括偏置電流鏡、差分輸入級(jí)、放大級(jí)、和輸出級(jí)。它在保持低靜態(tài)電流的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的增益放大。這種設(shè)計(jì)保證了 LM358 在低電壓供電情況下依然能夠正常工作，尤其適合低功耗電路的應(yīng)用。

二、常見(jiàn)供電方式與適用場(chǎng)合

LM358 的供電方式多樣，主要分為單電源供電和雙電源供電。不同的供電方式適用于不同的應(yīng)用需求，接下來(lái)詳細(xì)分析這兩種方式及其適用場(chǎng)合。

2.1 單電源供電

單電源供電是 LM358 中最為常見(jiàn)的供電方式。在這種方式下，僅需要一根正電源和一根接地線來(lái)為 LM358 供電。這種供電方式在電路設(shè)計(jì)中較為簡(jiǎn)單，適合電池供電、低功耗應(yīng)用、便攜式設(shè)備等場(chǎng)合。

單電源供電的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單易行、功耗低，并且適合一些低電壓需求的場(chǎng)景。例如，LM358 可以在 5V 電壓下供電，方便直接與數(shù)字電路的控制部分連接。

在單電源供電的情況下，運(yùn)放輸出信號(hào)的擺幅受到一定限制，即只能在 0V 到 Vcc 范圍內(nèi)變化，無(wú)法達(dá)到負(fù)輸出電壓。因此，單電源供電的 LM358 運(yùn)放通常用于只需正極信號(hào)的電路，如傳感器放大電路、簡(jiǎn)單濾波電路等。

2.2 雙電源供電

雙電源供電方式則適用于需要正負(fù)電壓擺幅的應(yīng)用場(chǎng)合。在這種方式下，LM358 通過(guò)兩個(gè)電源提供正負(fù)電壓，一般接入 ±12V 或 ±15V 的電源，可以實(shí)現(xiàn)更大的輸出信號(hào)擺幅。因此，雙電源供電適合需要全擺幅信號(hào)的電路，尤其是音頻信號(hào)處理電路和一些精密的傳感信號(hào)放大電路等。

在雙電源供電模式下，LM358 的輸出可以在負(fù)電壓和正電壓之間變化，適用于處理交流信號(hào)。這樣，電路設(shè)計(jì)師可以確保 LM358 在不失真的情況下放大交流信號(hào)，尤其適合音頻放大器、振蕩電路等需要交替輸出的場(chǎng)景。

雙電源供電的缺點(diǎn)在于電路較為復(fù)雜，且電源的占用和成本有所增加，但這在一些精密電路設(shè)計(jì)中是必要的。

三、供電對(duì)LM358性能的影響

供電電壓對(duì) LM358 的性能有直接的影響，特別是在噪聲、增益帶寬、信號(hào)擺幅等方面。以下是幾項(xiàng)重要的參數(shù)和供電電壓的關(guān)系。

3.1 噪聲表現(xiàn)

隨著供電電壓的增加，LM358 的信號(hào)噪聲也會(huì)略有上升。因此，在一些低噪聲要求的電路中，供電電壓不宜過(guò)高。通常在低噪聲放大器電路中，LM358 會(huì)采用 5V 或 3.3V 的供電，降低工作電流以減少熱噪聲和射頻干擾的影響。

3.2 增益帶寬

LM358 的增益帶寬與供電電壓呈正相關(guān)關(guān)系。在較低供電電壓下，增益帶寬有所下降，導(dǎo)致放大能力受到一定限制。而在較高供電電壓（如 12V 或 15V）時(shí)，LM358 能提供更高的增益帶寬。因此，在高頻信號(hào)處理或大增益放大的應(yīng)用中，建議使用較高的供電電壓，以保證信號(hào)質(zhì)量。

3.3 輸出擺幅

LM358 的輸出擺幅會(huì)受供電電壓的直接影響。對(duì)于單電源供電的情況，輸出信號(hào)的擺幅一般接近 0V 至 Vcc。然而，隨著供電電壓的增加，輸出擺幅的范圍也會(huì)變大，從而適用于需要更高信號(hào)幅值的應(yīng)用場(chǎng)景。

3.4 功耗與散熱

供電電壓增加時(shí)，LM358 的功耗也會(huì)隨之增加，這主要體現(xiàn)在偏置電流和功率消耗方面。在某些高電壓供電（例如 30V）情況下，LM358 的功耗和散熱需求會(huì)顯著上升。為了避免芯片過(guò)熱，設(shè)計(jì)師通常會(huì)選擇適當(dāng)?shù)纳崞骰蚪档凸╇婋妷?，以保?LM358 穩(wěn)定工作。

四、不同應(yīng)用中的供電設(shè)計(jì)實(shí)例

LM358 廣泛應(yīng)用于傳感器放大、信號(hào)處理、濾波、音頻放大等電路中。以下從幾種常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，介紹其供電設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。

4.1 傳感器信號(hào)放大電路

在傳感器信號(hào)放大電路中，LM358 經(jīng)常用于溫度傳感器、光傳感器等信號(hào)的前級(jí)放大。在這種應(yīng)用中，LM358 一般采用單電源供電，以減少功耗。例如，利用 5V 電壓供電，運(yùn)放的輸出信號(hào)與單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電壓相匹配，便于信號(hào)的后續(xù)數(shù)字化處理。

4.2 濾波器電路

LM358 可以用于設(shè)計(jì)多種濾波器電路，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等。在這些應(yīng)用中，LM358 的供電電壓影響濾波器的頻率響應(yīng)和輸出幅度。通常在音頻濾波器設(shè)計(jì)中，會(huì)選擇 ±12V 或 ±15V 的雙電源供電方式，以使得濾波電路能夠處理交流信號(hào)且不失真。

4.3 音頻放大電路

在音頻放大應(yīng)用中，LM358 的供電電壓決定了輸出功率和音質(zhì)。通常，設(shè)計(jì)師會(huì)選擇 12V 或 15V 的電壓供電，以保證足夠的輸出幅度。對(duì)于更高保真度的音頻電路，還可以選擇 ±12V 雙電源供電，這樣可以確保 LM358 不會(huì)出現(xiàn)削波失真，改善音頻信號(hào)的保真度。

4.4 電壓比較器電路

LM358 也經(jīng)常作為電壓比較器使用，用于電池電量監(jiān)測(cè)、電壓檢測(cè)電路等應(yīng)用中。在這些應(yīng)用中，LM358 的供電電壓影響比較器的響應(yīng)速度和檢測(cè)精度。對(duì)于一些低電壓檢測(cè)電路，設(shè)計(jì)師會(huì)選擇 3.3V 或 5V 的供電，這樣可降低功耗，并與后級(jí)邏輯電路電壓兼容。

五、LM358 供電的優(yōu)化技巧

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，合理的供電設(shè)計(jì)可以?xún)?yōu)化 LM358 的性能，延長(zhǎng)其壽命并降低功耗。以下是一些常用的供電優(yōu)化技巧。

5.1 選擇適當(dāng)?shù)碾妷?/span>

設(shè)計(jì)電路時(shí)，供電電壓不宜過(guò)高或過(guò)低。過(guò)高的電壓會(huì)增加 LM358 的功耗，影響其壽命；而過(guò)低的電壓則可能導(dǎo)致增益不足，影響信號(hào)質(zhì)量。通常設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)應(yīng)用需求選擇 3V、5V、12V 或更高的電壓，確保性能和功耗之間的平衡。

5.2 加入濾波電容

為了優(yōu)化 LM358 的供電質(zhì)量，可以在電源輸入端加入適當(dāng)?shù)臑V波電容，以減少電源噪聲的干擾。通常會(huì)在電源正極和地之間添加一個(gè) 0.1μF 的陶瓷電容，以濾除高頻噪聲；同時(shí)，還可以加入一個(gè) 10μF 的電解電容，用于平滑低頻電源波動(dòng)。這些電容的組合能夠有效地減小電源噪聲，穩(wěn)定 LM358 的工作狀態(tài)。

5.3 使用穩(wěn)壓電源

如果電路對(duì)信號(hào)的精度要求較高，建議使用穩(wěn)壓電源來(lái)為 LM358 提供穩(wěn)定的供電。穩(wěn)壓電源可以避免電壓波動(dòng)對(duì)運(yùn)放性能的影響，尤其是在工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等對(duì)信號(hào)可靠性要求較高的場(chǎng)合中。LM358 可以與 7805、LM317 等穩(wěn)壓芯片配合使用，這樣可以確保供電電壓的穩(wěn)定性，避免由電壓波動(dòng)引起的失真或噪聲問(wèn)題。

5.4 考慮溫度對(duì)供電的影響

溫度會(huì)對(duì) LM358 的供電性能產(chǎn)生影響，特別是在高溫或低溫環(huán)境下。高溫條件下，芯片的功耗會(huì)增加，導(dǎo)致電路產(chǎn)生額外的熱噪聲。為此，設(shè)計(jì)師可以使用耐高溫的電源組件，確保電路在高溫環(huán)境中依然穩(wěn)定。同時(shí)，在極端溫度下運(yùn)行的電路中，還可以考慮使用散熱器或降低供電電壓，以減少芯片的熱量堆積。

5.5 使用電流限制電路

LM358 的供電電流在一定程度上決定了其輸出能力和保護(hù)性能。為防止電路短路或過(guò)流，可以在供電端添加一個(gè)限流電阻或電流限制電路，以保護(hù) LM358 免受過(guò)流損壞。通常限流電阻的阻值會(huì)選擇在數(shù)十歐姆到百歐姆之間，根據(jù)電路的需求進(jìn)行調(diào)整。

5.6 電源去耦設(shè)計(jì)

去耦電容的設(shè)計(jì)可以有效隔離電源中的噪聲和其他電路干擾，從而提高 LM358 的穩(wěn)定性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師可以在每個(gè)運(yùn)算放大器的供電引腳和接地之間添加去耦電容，一般選擇 0.01μF 到 0.1μF 的陶瓷電容。這樣可以過(guò)濾掉電源中的高頻噪聲，確保 LM358 的輸入輸出信號(hào)不受干擾。

六、LM358 供電中的常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案

在 LM358 的實(shí)際供電設(shè)計(jì)中，可能會(huì)遇到一些常見(jiàn)問(wèn)題，例如電源紋波過(guò)大、信號(hào)失真、輸出擺幅不夠等。以下列出一些典型問(wèn)題及其解決方案。

6.1 電源紋波過(guò)大

電源紋波會(huì)導(dǎo)致 LM358 的輸出信號(hào)產(chǎn)生不必要的波動(dòng)，影響信號(hào)的精確性。尤其是在低頻應(yīng)用中，紋波會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)師可以在電源端增加電解電容或更高容量的電容來(lái)平滑紋波，或選擇使用紋波小的穩(wěn)壓電源。

6.2 信號(hào)失真

如果供電電壓不足或電源電壓波動(dòng)較大，LM358 的輸出信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)失真。出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以適當(dāng)提高供電電壓，確保運(yùn)放在輸出時(shí)不會(huì)出現(xiàn)削波現(xiàn)象。同時(shí)，信號(hào)失真的原因還可能與放大倍數(shù)或負(fù)載電流相關(guān)，這時(shí)需要重新調(diào)整電路參數(shù)，確保信號(hào)質(zhì)量。

6.3 輸出擺幅不夠

輸出擺幅不夠的情況通常出現(xiàn)在單電源供電的應(yīng)用中，LM358 的輸出只能在 0V 到 Vcc 范圍內(nèi)變化。如果需要更大幅值的輸出信號(hào)，設(shè)計(jì)師可以改用雙電源供電，這樣輸出信號(hào)的擺幅可以覆蓋正負(fù)電壓范圍。此外，確保供電電壓滿足 LM358 的最低需求，也可以改善輸出擺幅。

6.4 輸出信號(hào)不穩(wěn)定

在一些環(huán)境噪聲較大的場(chǎng)合，LM358 的輸出信號(hào)可能會(huì)受到電源波動(dòng)和干擾的影響而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了解決這一問(wèn)題，可以在電源輸入端加入更多的濾波電容，尤其是使用高質(zhì)量的去耦電容和陶瓷電容。此外，還可以考慮使用屏蔽盒來(lái)隔離運(yùn)放電路，避免電磁干擾。

七、實(shí)際應(yīng)用中的供電設(shè)計(jì)案例

為了更好地理解 LM358 的供電設(shè)計(jì)，以下通過(guò)幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用中的電路實(shí)例來(lái)說(shuō)明不同的供電需求及其設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

7.1 單電源供電溫度傳感器放大器

在溫度傳感器的信號(hào)放大電路中，LM358 常常采用 5V 的單電源供電。這樣不僅降低了功耗，而且簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。此時(shí) LM358 的輸出范圍在 0V 到 5V 之間，與 ADC 電路的輸入范圍匹配，便于單片機(jī)采集數(shù)據(jù)。為提高信號(hào)的準(zhǔn)確性，在 5V 電源端會(huì)加入 0.1μF 的陶瓷電容和平滑電解電容，以減少電源紋波的影響。

7.2 音頻放大器中的雙電源供電設(shè)計(jì)

在音頻放大電路中，LM358 需要處理交變的交流信號(hào)，因此需要雙電源供電，通常選擇 ±12V 或 ±15V。這樣可以確保信號(hào)擺幅達(dá)到更高的幅值，不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)削波。為保證音質(zhì)，設(shè)計(jì)中會(huì)在電源端加入濾波電容，避免高頻噪聲對(duì)音頻信號(hào)的干擾。此外，還會(huì)設(shè)置穩(wěn)壓電源，確保 ±12V 電壓穩(wěn)定。

7.3 電池供電的便攜設(shè)備應(yīng)用

在一些便攜式設(shè)備中，LM358 常常使用 3.3V 或 5V 的電池供電。為了提高電池的使用壽命，LM358 的電源設(shè)計(jì)一般會(huì)加入低功耗模式，并且選擇低靜態(tài)電流的電源模塊。例如在傳感器應(yīng)用中，LM358 的低電流特性可以減少電池消耗。此外，在電池供電的設(shè)計(jì)中，會(huì)增加電壓保護(hù)電路，防止電池電壓過(guò)低導(dǎo)致的供電不足問(wèn)題。

八、LM358 供電設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì) LM358 的供電時(shí)，有幾個(gè)關(guān)鍵事項(xiàng)需要注意，以確保電路的穩(wěn)定性和性能。

8.1 供電電壓匹配

供電電壓的選擇應(yīng)與電路需求匹配。過(guò)高的電壓可能導(dǎo)致功耗增加，而過(guò)低的電壓會(huì)使 LM358 無(wú)法穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)中需根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景合理選擇供電電壓。

8.2 適當(dāng)?shù)纳峁芾?/span>

LM358 的功耗通常較低，但在高電壓或大電流條件下，散熱問(wèn)題依然需要重視。為此，可以在 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留散熱空間，或加入散熱片確保 LM358 在高溫環(huán)境中工作穩(wěn)定。

8.3 電源濾波和去耦

適當(dāng)?shù)碾娫礊V波和去耦可以減少電源噪聲對(duì) LM358 的影響，從而提高輸出信號(hào)的質(zhì)量。尤其在高精度信號(hào)放大中，應(yīng)重視濾波電容的選擇。

8.4 電流保護(hù)設(shè)計(jì)

為避免過(guò)流損壞 LM358，可以加入限流電阻或過(guò)流保護(hù)電路。這樣不僅可以延長(zhǎng) LM358 的使用壽命，還可以提升電路的安全性。

九、總結(jié)

LM358 作為一種經(jīng)典的雙運(yùn)放芯片，其靈活的供電范圍和良好的穩(wěn)定性使其在電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。在供電設(shè)計(jì)方面，合理的供電電壓選擇、濾波電容的搭配、散熱和電流保護(hù)等措施能夠顯著提升 LM358 的性能。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)師可以采用單電源或雙電源供電模式，以滿足電路的特定要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，綜合考慮供電的穩(wěn)定性、噪聲管理和功耗控制，將能使 LM358 發(fā)揮最佳的性能表現(xiàn)。