LM358 是一款常見的雙運算放大器，廣泛應(yīng)用于各種模擬電路中。它的工作電壓范圍、特性以及應(yīng)用都對設(shè)計者選擇合適的電源電壓至關(guān)重要。在這篇文章中，我們將詳細探討 LM358 的供電電壓，工作原理，應(yīng)用范圍以及如何根據(jù)不同電壓來選擇合適的電源配置。

一、LM358概述

LM358 是由德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的雙運算放大器芯片，屬于通用型運算放大器系列。它的主要特點是輸入偏置電流小，具有較好的線性工作區(qū)域，且工作電壓范圍較寬。LM358 的輸入和輸出電壓均可接近地面，因此，它被廣泛應(yīng)用于低電壓電路、信號放大、濾波以及其他需要運算放大器的領(lǐng)域。

二、LM358的供電電壓范圍

LM358的供電電壓范圍是其選擇使用時的關(guān)鍵參數(shù)之一。根據(jù)其技術(shù)規(guī)格書，LM358 可以在單電源或雙電源配置下工作。

1. 單電源供電：LM358 可以使用單一的正電源電壓供電。根據(jù)官方規(guī)格書，單電源供電的電壓范圍為 3V 到 32V 或者 3V 到 26V，取決于工作環(huán)境和溫度范圍。

• 當(dāng)使用 5V 或 12V 電壓時，LM358 的性能可以得到很好的保證，這是常見的配置。

• 單電源供電時，芯片的工作電壓通常會接近地面（0V），但具體能達到的最小電壓還是受到芯片內(nèi)部電路和外部負載的影響。

2. 雙電源供電：LM358 也支持雙電源供電，通常使用對稱的正負電壓，比如 +15V 和 -15V，或者 +5V 和 -5V。雙電源供電時，電壓范圍為 3V 至 32V，同樣具體范圍取決于工作環(huán)境和溫度。

雙電源供電配置通常適用于需要較大動態(tài)范圍或者在高精度測量中使用的應(yīng)用場景。對于大多數(shù)通用放大應(yīng)用，單電源電壓已經(jīng)足夠，但如果需要更精確的信號放大或者處理更復(fù)雜的信號時，雙電源配置則能夠提供更好的性能。

三、LM358的工作原理

LM358 是由兩個獨立的運算放大器組成，每個放大器都擁有同樣的基本工作原理。它們的核心工作機制是利用差動輸入信號，通過內(nèi)部的反相和同相放大電路對輸入信號進行增益處理，并根據(jù)外部配置的反饋網(wǎng)絡(luò)輸出信號。

1. 輸入信號處理：LM358 接收兩個輸入端信號，分別為非反相輸入（+）和反相輸入（-）。這兩個信號的差值決定了輸出的信號。運算放大器通過其高增益將輸入信號放大。

2. 反饋機制：為了穩(wěn)定增益，LM358 采用了負反饋機制。通過外部連接的電阻網(wǎng)絡(luò)，輸入信號經(jīng)過反饋后，增益被控制在一定范圍內(nèi)，從而避免輸出信號失真。

3. 輸出信號：經(jīng)過放大處理后的信號會被輸出到輸出端，輸出信號的幅度由輸入信號的大小以及電路中的增益設(shè)置決定。在單電源配置中，輸出電壓通常會接近地面，但由于內(nèi)部電路的限制，輸出電壓不能完全等于地電位，通常會略高于地電位，約為 0.5V 到 1V 左右。

四、LM358的供電電壓對性能的影響

LM358的供電電壓直接影響其工作范圍、輸出信號幅度以及頻率響應(yīng)等性能。以下是供電電壓對 LM358 工作性能的一些關(guān)鍵影響：

1. 輸出電壓范圍：LM358 的輸出電壓與供電電壓密切相關(guān)。在單電源配置下，輸出電壓的最大幅度通常是供電電壓減去一定的飽和電壓。對于 5V 電源，輸出電壓可能最大為 3.5V 左右。而在雙電源配置下，輸出電壓的幅度會更大，可以達到接近正負電源電壓之間的差值。

2. 增益帶寬：LM358 的增益帶寬產(chǎn)品（GBWP）在不同的電源電壓下會有所變化。通常來說，較高的電源電壓有助于提高芯片的增益帶寬，尤其是在處理較高頻率的信號時。如果電源電壓過低，芯片的頻率響應(yīng)會受到影響，導(dǎo)致帶寬縮小，無法有效放大高頻信號。

3. 輸入偏置電流：LM358 的輸入偏置電流與電源電壓也有所關(guān)系。較低的電源電壓會導(dǎo)致輸入偏置電流較大，從而影響芯片的精度。在低電壓應(yīng)用中，這種偏置電流可能會對精密測量產(chǎn)生一定的影響。

4. 功耗：較高的電源電壓會導(dǎo)致 LM358 的功耗增加。在某些低功耗應(yīng)用中，設(shè)計師通常會選擇較低的電源電壓來減少功耗，尤其是對于電池供電的便攜設(shè)備，功耗的控制至關(guān)重要。

五、LM358的常見應(yīng)用

LM358 由于其低電壓工作特性，適用于多種應(yīng)用場景，尤其是在電池供電和低電壓電路中。以下是幾種典型的應(yīng)用：

1. 信號放大器：LM358 經(jīng)常用于低電壓信號的放大，比如音頻信號、傳感器輸出信號等。在單電源配置下，它能夠提供足夠的增益而不會使電路設(shè)計過于復(fù)雜。

2. 濾波器電路：在低頻濾波器設(shè)計中，LM358 也有廣泛應(yīng)用。其穩(wěn)定的增益和較低的失真使其適合用于模擬信號的處理，尤其是在需要濾波的場合。

3. 比較器電路：LM358 在雙電源配置下也可用作比較器，利用其差動輸入特性實現(xiàn)信號的高精度比較。常見的應(yīng)用包括電壓監(jiān)測、過流保護等。

4. 電池管理系統(tǒng)：LM358 被廣泛應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)中，尤其是在低功耗設(shè)備中。通過適配不同的電源電壓，設(shè)計者可以有效地控制電池電壓，并進行精確的電流和電壓監(jiān)測。

六、如何選擇合適的電源電壓

選擇 LM358 的供電電壓時，設(shè)計師需要考慮多個因素，包括目標(biāo)應(yīng)用的工作環(huán)境、所需的信號增益、頻率響應(yīng)、功耗限制以及電源的可用性。對于大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用，5V 或 12V 電源即可滿足要求。但在一些低功耗設(shè)備中，選擇較低的電源電壓（例如 3V 或 3.3V）將有助于延長設(shè)備的電池壽命。

1. 低功耗應(yīng)用：對于需要低功耗的應(yīng)用，建議使用 3V 或 3.3V 電源。雖然低電壓可能會影響增益和帶寬，但它能夠顯著減少功耗，適合于電池供電的設(shè)備。

2. 高頻信號處理：對于需要處理較高頻信號的應(yīng)用，使用較高的電源電壓（如 12V 或 15V）可以確保較寬的增益帶寬和較高的輸出電壓。

3. 負載要求：根據(jù)負載的特性選擇適當(dāng)?shù)碾娫措妷?。如果負載需要較大的電流或較高的輸出電壓，較高的電源電壓會更適合。

七、總結(jié)

LM358 是一款非常靈活的雙運算放大器，具有寬廣的電源電壓工作范圍。在選擇供電電壓時，需要綜合考慮電路的工作條件、功耗需求以及信號放大的要求。無論是在低電壓應(yīng)用中，還是在高頻、高精度的測量系統(tǒng)中，LM358 都能提供良好的性能。通過合理選擇電源電壓，可以有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。