LM358典型應(yīng)用電路圖及詳解

一、引言

LM358是一個(gè)廣泛使用的雙運(yùn)算放大器（Op-Amp）集成電路，因其低功耗、高增益和多功能的特性，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。LM358運(yùn)算放大器的輸入范圍能夠從地電位開始，輸出端能夠與地電位進(jìn)行匹配，這使得它在許多低電壓和低功耗系統(tǒng)中具有顯著優(yōu)勢。本文將對LM358的典型應(yīng)用電路進(jìn)行詳細(xì)分析，包括電路的工作原理、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及常見應(yīng)用。

二、LM358概述

LM358是一款由Texas Instruments生產(chǎn)的集成電路，包含兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器。其主要特點(diǎn)包括：

1. 低功耗：與其他傳統(tǒng)運(yùn)算放大器相比，LM358消耗的電流較低，適用于低功耗設(shè)計(jì)。

2. 廣泛的電壓范圍：LM358的工作電壓范圍為3V至32V，單電源或雙電源均可工作。

3. 寬輸入電壓范圍：輸入端能夠從地電位開始，因此在單電源供電系統(tǒng)中也能正常工作。

4. 應(yīng)用廣泛：適用于信號放大、濾波器、比較器、積分器等各種功能電路。

三、典型應(yīng)用電路

1. 電壓跟隨器（Buffer）

電壓跟隨器是一種非常典型的運(yùn)算放大器應(yīng)用，常用于信號隔離或阻抗匹配。LM358作為電壓跟隨器時(shí)，能夠?qū)⑤斎胄盘柕碾妷褐苯虞敵觯桓淖冃盘柕男螒B(tài)。它的工作原理是：輸入信號通過一個(gè)反向連接的運(yùn)算放大器進(jìn)入，輸出端直接連接到輸入端，形成反饋回路，從而保持輸入信號的電壓穩(wěn)定。

電路圖：

在此電路中，LM358的一個(gè)運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器工作，輸入電壓Vin被直接傳遞到輸出端Vout，輸出電壓將與輸入電壓相等。

工作原理：

當(dāng)輸入電壓Vin變化時(shí)，由于反向反饋，運(yùn)算放大器調(diào)整其輸出電壓Vout，以使得輸入端和輸出端的電壓保持一致。這個(gè)電路的特點(diǎn)是，輸出信號與輸入信號相同，但是輸入端的信號不會直接影響到輸出端，從而起到了阻抗匹配和信號隔離的作用。

應(yīng)用場景：

電壓跟隨器常用于信號緩沖、電壓轉(zhuǎn)換、傳感器信號的隔離等場合，特別是在信號需要與后續(xù)電路隔離時(shí)，起到保護(hù)信號源和減少干擾的作用。

2. 比較器電路

運(yùn)算放大器LM358也可以用作比較器，這是一種非常常見的應(yīng)用，尤其是在數(shù)字電路中。比較器的作用是比較兩個(gè)輸入電壓，并根據(jù)它們的大小關(guān)系控制輸出端的高低電平。

電路圖：

工作原理：

在比較器電路中，LM358的兩個(gè)輸入端（Vin+ 和 Vin-）分別接收到兩個(gè)不同的電壓信號。當(dāng)Vin+（正輸入）大于Vin-（負(fù)輸入）時(shí)，輸出Vout會變?yōu)楦唠娖剑ń咏黇cc）；反之，當(dāng)Vin+小于Vin-時(shí)，輸出Vout會變?yōu)榈碗娖剑ń咏仉娢唬?/span>

比較器電路的輸出是數(shù)字信號，通常用于邏輯控制或者觸發(fā)其他電路，例如在模數(shù)轉(zhuǎn)換、過電壓保護(hù)和時(shí)序控制電路中應(yīng)用。

應(yīng)用場景：

比較器電路常用于電平檢測、過載保護(hù)、頻率計(jì)數(shù)器和PWM控制等場合，尤其是在需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時(shí)，它能夠有效地提供邊沿觸發(fā)信號。

3. 積分器電路

LM358也可以用作積分器，這是另一種運(yùn)算放大器的常見應(yīng)用。積分器電路用于產(chǎn)生輸入信號的積分輸出，即輸出電壓的變化與輸入電壓的積分值成正比。積分器電路常用于信號處理、濾波、波形生成等應(yīng)用。

電路圖：

工作原理：

積分器電路的工作原理是輸入信號Vin被運(yùn)算放大器接收，并通過反饋電容器進(jìn)行積分。通過運(yùn)算放大器的增益和反饋電容器的值，輸出信號Vout的變化率與輸入信號Vin的積分有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，積分器電路可用來生成三角波、正弦波等。

應(yīng)用場景：

積分器電路廣泛應(yīng)用于信號處理、濾波器、波形發(fā)生器以及模擬計(jì)算等領(lǐng)域。比如，在積分測量系統(tǒng)中，它可以對輸入信號進(jìn)行積分處理，得到與時(shí)間相關(guān)的輸出信號。

4. 差動放大器

差動放大器是一種運(yùn)算放大器電路，它能夠放大兩個(gè)輸入信號的差異，而忽略它們的共同部分。LM358可以作為差動放大器使用，常用于信號放大和噪聲抑制等應(yīng)用。

電路圖：

工作原理：

差動放大器的兩個(gè)輸入端分別接收兩個(gè)信號Vin1和Vin2，輸出端的電壓Vout為它們的差值乘以一個(gè)增益因子。該電路能有效地抑制共模噪聲，即當(dāng)兩個(gè)輸入信號都受到同樣噪聲干擾時(shí)，噪聲不會影響輸出結(jié)果。

應(yīng)用場景：

差動放大器常用于信號的差分放大，尤其是在傳感器信號、儀表放大器、噪聲抑制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，能夠提供高精度和高抗干擾性。

四、總結(jié)

LM358作為一種雙運(yùn)算放大器，具有低功耗、寬電壓范圍等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛使用。本文介紹了LM358的幾種典型應(yīng)用電路，包括電壓跟隨器、比較器、積分器和差動放大器。這些電路應(yīng)用廣泛，涵蓋了信號處理、控制系統(tǒng)和電子設(shè)備中常見的功能。通過對這些電路的深入分析和理解，設(shè)計(jì)人員可以更好地利用LM358來滿足實(shí)際應(yīng)用中的各種需求。