LM358 是一款廣泛使用的雙路運(yùn)算放大器芯片，由美國(guó) National Semiconductor（現(xiàn)為德州儀器 TI）公司推出，屬于其常用的運(yùn)算放大器系列之一。它以低功耗、寬電壓范圍、高輸入阻抗等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)放大、濾波、信號(hào)調(diào)理等領(lǐng)域。本文將全面介紹 LM358 的主要參數(shù)、工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用以及使用時(shí)需要注意的事項(xiàng)，幫助讀者深入理解該芯片的功能與特性。

1. LM358的主要參數(shù)

LM358 是一款雙路運(yùn)算放大器，工作電壓范圍寬，適應(yīng)多種工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。下面列出了該芯片的一些關(guān)鍵參數(shù)。

1.1 電源電壓（V_S）

LM358 的工作電源電壓范圍為 3V 到 32V（單電源），或 1.5V 到 16V（雙電源）。這使得 LM358 可以在多種電源配置下使用，適應(yīng)從低壓到較高電壓的工作環(huán)境，具有較強(qiáng)的靈活性。

1.2 輸出電壓范圍（V_out）

LM358 的輸出電壓范圍通常較寬，接近電源電壓。例如，當(dāng)使用 5V 電源時(shí)，其輸出電壓可從 0V 到接近 5V。需要注意的是，由于 LM358 是一款常規(guī)運(yùn)算放大器（并非軌到軌放大器），其輸出電壓并不能完全達(dá)到電源電壓的極限值。具體的輸出范圍取決于負(fù)載阻抗、輸入信號(hào)以及工作條件。

1.3 輸入偏置電流（I_B）

輸入偏置電流是指運(yùn)算放大器的輸入端所需要的額外電流。LM358 的輸入偏置電流約為 100nA。該參數(shù)對(duì)于精密信號(hào)放大及高阻抗源電路中，尤其在需要高精度和低噪聲的應(yīng)用中，至關(guān)重要。較小的輸入偏置電流可以減少電路設(shè)計(jì)中的誤差。

1.4 輸入偏置電壓（V_B）

輸入偏置電壓是指兩個(gè)輸入端之間的電壓差。在 LM358 中，輸入偏置電壓的最大值通常為 3mV，意味著在無輸入信號(hào)時(shí)，兩個(gè)輸入端之間會(huì)有一個(gè)小的電壓差。這對(duì)于某些高精度應(yīng)用來說，需要特別注意。

1.5 共模輸入電壓范圍（V_ICMR）

LM358 支持的共模輸入電壓范圍為 0V 到 V+ - 1.5V（以單電源工作時(shí)為例）。這意味著 LM358 能夠在接近地電壓的情況下工作，適合于接收低電壓信號(hào)的應(yīng)用。

1.6 開環(huán)增益（A_OL）

LM358 的開環(huán)增益通常為 100 dB，這表明在沒有反饋回路時(shí)，該芯片可以提供非常高的增益。開環(huán)增益決定了芯片對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)強(qiáng)度。需要注意的是，開環(huán)增益通常僅在頻率較低的情況下有效，隨著頻率的增加，增益會(huì)有所下降。

1.7 電流消耗（I_cc）

LM358 的靜態(tài)電流消耗較低，典型值為 1.2mA（每個(gè)放大器），這使得它適用于低功耗的設(shè)計(jì)。低功耗的特性尤其適用于便攜式電池供電設(shè)備。

1.8 輸出短路電流

LM358 提供短路保護(hù)功能，能夠在輸出短路時(shí)避免損壞。其輸出短路電流通常為 40mA，這對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來說足夠使用。

1.9 噪聲性能

LM358 在低頻下的噪聲表現(xiàn)較好，適用于低噪聲要求的應(yīng)用。盡管它不是專門設(shè)計(jì)用于高頻噪聲抑制，但在一般信號(hào)放大電路中，能夠提供足夠的噪聲性能。

2. LM358的工作原理

LM358 是一款雙運(yùn)算放大器，它具有兩路放大器，可以分別進(jìn)行獨(dú)立工作。LM358 的工作原理與傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器類似，主要通過輸入信號(hào)的差分放大作用，將輸入信號(hào)放大并輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多個(gè)晶體管、電阻和電容組成，通過這些元件的配置實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大功能。

2.1 運(yùn)算放大器的基本原理

運(yùn)算放大器（Op-Amp）是一種具有非常高增益的電子放大器，其輸入端包含兩個(gè)輸入引腳：同相輸入（+）和反相輸入（-）。其主要工作原理是通過反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)高增益放大。理想情況下，運(yùn)算放大器具有非常高的增益，使得輸入端的微小電壓差可以通過輸出端放大成較大的電壓差。

LM358 的基本工作原理與此類似，但由于其增益有限、輸出電壓不能完全達(dá)到電源電壓，因此在應(yīng)用時(shí)需要考慮其限制。

2.2 電壓增益和反饋

LM358 的增益控制主要通過外部反饋電路實(shí)現(xiàn)。運(yùn)算放大器通過外部的反饋電阻決定其增益，使得輸出信號(hào)能夠與輸入信號(hào)保持一定比例。通過選擇合適的反饋電阻，可以實(shí)現(xiàn)不同的增益設(shè)置。

在實(shí)際應(yīng)用中，反饋回路不僅用于增益設(shè)置，還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少由于增益過高帶來的振蕩問題。

3. LM358的特點(diǎn)

LM358 在實(shí)際應(yīng)用中具有多個(gè)顯著特點(diǎn)，以下是一些關(guān)鍵特性。

3.1 低功耗特性

LM358 的工作電流非常低，典型值為 1.2mA（每個(gè)放大器）。這種低功耗特性使得它非常適合用于便攜式設(shè)備、可穿戴設(shè)備以及其他電池供電的系統(tǒng)中。在需要延長(zhǎng)電池壽命或降低功耗的場(chǎng)合，LM358 是一個(gè)理想的選擇。

3.2 寬電壓范圍

LM358 的工作電壓范圍較寬，可以在單電源（3V 到 32V）或雙電源（±1.5V 到 ±16V）下工作。這使得它適應(yīng)了各種不同電源電壓的系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。

3.3 高輸入阻抗

LM358 的輸入阻抗非常高，能夠接收來自高阻抗源的信號(hào)而不產(chǎn)生顯著的失真。這對(duì)于需要從高阻抗傳感器獲取信號(hào)的應(yīng)用場(chǎng)景非常重要。

3.4 低輸入偏置電流

LM358 的輸入偏置電流較?。ǖ湫椭禐?100nA），這使得它在一些高精度測(cè)量中表現(xiàn)優(yōu)異。例如，在一些電流傳感器或電壓傳感器中，低輸入偏置電流可以顯著減少誤差。

3.5 共模抑制比（CMRR）

LM358 提供了較高的共模抑制比（CMRR），通常在 70 dB 左右，這意味著它能夠有效地抑制共模信號(hào)的影響，僅放大差模信號(hào)。CMRR 是運(yùn)算放大器中非常重要的參數(shù)，決定了其在實(shí)際應(yīng)用中的抗干擾能力。

4. LM358的應(yīng)用

LM358 在電子設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用。以下是一些典型的應(yīng)用場(chǎng)景。

4.1 信號(hào)放大

LM358 可以用作信號(hào)放大器，將微弱的輸入信號(hào)放大至合適的輸出電平。它常用于傳感器信號(hào)的放大，尤其是在傳感器輸出信號(hào)較小的情況下。

4.2 濾波器設(shè)計(jì)

由于 LM358 具有較好的頻率響應(yīng)特性，它被廣泛用于設(shè)計(jì)濾波器，特別是低通、帶通和高通濾波器。通過設(shè)計(jì)合適的反饋電路，LM358 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波功能。

4.3 比較器應(yīng)用

LM358 還可以用于構(gòu)建比較器電路。在比較器模式下，LM358 比較兩個(gè)輸入信號(hào)的電壓并根據(jù)電壓差決定輸出的狀態(tài)。該應(yīng)用廣泛用于電壓監(jiān)測(cè)、過壓保護(hù)和電平轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合。

4.4 微控制器接口

LM358 還常用于與微控制器（MCU）接口，提供模擬信號(hào)的處理。它可以將傳感器采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，供微控制器處理。

5. 使用LM358時(shí)的注意事項(xiàng)

盡管 LM358 是一種非常實(shí)用的運(yùn)算放大器，但在實(shí)際使用時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)：

5.1 輸出電壓范圍

LM358 并非軌到軌輸出運(yùn)算放大器，因此其輸出電壓并不能完全達(dá)到電源電壓的極限。具體來說，LM358 的輸出電壓通常只能達(dá)到電源電壓的約 1.5V 左右。舉例來說，在使用 5V 電源時(shí)，輸出電壓可能只能達(dá)到 3.5V 或更低，具體取決于負(fù)載電阻和工作條件。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需確保系統(tǒng)的輸出要求不超過 LM358 能提供的電壓范圍。

5.2 輸入信號(hào)范圍

雖然 LM358 的輸入共模電壓范圍較寬，但它的輸入信號(hào)范圍仍受到一定限制。在單電源配置下，LM358 的輸入電壓應(yīng)保持在接近電源電壓的 1.5V 以內(nèi)，才能保證良好的工作性能。在一些應(yīng)用中，如果輸入信號(hào)的電壓超過了輸入共模電壓范圍，可能會(huì)導(dǎo)致增益下降，甚至輸出失真，因此需要在電路設(shè)計(jì)時(shí)注意輸入信號(hào)的電壓范圍。

5.3 電流負(fù)載能力

LM358 設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)較輕的負(fù)載，并且其輸出電流有限。在驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)耐獠侩娏鞣糯笃骰蚓彌_器，以避免超載和損壞芯片。LM358 的輸出電流通常在幾十毫安的范圍，因此不適合直接驅(qū)動(dòng)高功率負(fù)載。

5.4 溫度范圍

LM358 的工作溫度范圍通常在 -40℃ 到 +85℃ 之間，這意味著在極端環(huán)境下，可能會(huì)導(dǎo)致其性能波動(dòng)或失效。因此，在高溫或低溫應(yīng)用中，需要特別注意芯片的工作環(huán)境，并采取適當(dāng)?shù)纳峄驕乜卮胧?/span>

5.5 防靜電保護(hù)

LM358 對(duì)靜電放電（ESD）比較敏感，尤其是在接口引腳（如輸入端、輸出端）上。因此，在電路設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程中，需要采取防靜電措施，例如使用靜電放電保護(hù)二極管、避免靜電觸碰等。否則可能會(huì)導(dǎo)致芯片損壞或降低其使用壽命。

6. LM358與其他運(yùn)算放大器的比較

LM358 雖然是一款非常常見且實(shí)用的運(yùn)算放大器，但市場(chǎng)上還有許多其他運(yùn)算放大器與其功能和性能類似。以下是 LM358 與幾款常見運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單比較：

6.1 與 TL081 比較

TL081 是一款低噪聲、單路運(yùn)算放大器，與 LM358 的雙路運(yùn)算放大器不同。TL081 提供較低的輸入噪聲和更高的輸入阻抗，適用于高精度信號(hào)處理。而 LM358 則具有更低的功耗和更廣泛的電源電壓范圍，在電池供電和低功耗應(yīng)用中更為常見。TL081 的輸出電壓范圍較寬，適用于要求較高的應(yīng)用。

6.2 與 LM324 比較

LM324 是另一款雙路運(yùn)算放大器，其工作原理與 LM358 相似。兩者的主要區(qū)別在于 LM324 的輸入偏置電流略大，而 LM358 的輸入偏置電流較小，適用于一些高精度的應(yīng)用。另外，LM324 的功耗稍高于 LM358，因此在低功耗設(shè)計(jì)中，LM358 更具優(yōu)勢(shì)。

6.3 與 LM393 比較

LM393 是一款雙路比較器，與 LM358 的運(yùn)算放大器功能不同。LM393 的主要用途是將模擬信號(hào)與參考電平進(jìn)行比較，而 LM358 主要用于信號(hào)放大和濾波。LM393 具有更快的響應(yīng)速度和更高的比較精度，但不具備運(yùn)算放大器的增益特性。在應(yīng)用中，LM358 可以充當(dāng)信號(hào)放大器，而 LM393 更多地用于電壓比較和電平檢測(cè)。

7. LM358的常見應(yīng)用電路

LM358 在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛，特別是在需要雙路放大的電路設(shè)計(jì)中。以下是一些典型的 LM358 應(yīng)用電路：

7.1 電壓跟隨器（Buffer）

電壓跟隨器是一種常見的應(yīng)用，它能將輸入電壓跟隨并輸出相同的電壓，但不改變信號(hào)的幅度。LM358 可以通過設(shè)置合適的反饋電路來實(shí)現(xiàn)電壓跟隨器功能。該電路常用于信號(hào)傳輸中，提供高輸入阻抗和低輸出阻抗。

7.2 差分放大器

LM358 可以作為差分放大器使用，比較兩個(gè)輸入信號(hào)的差值并進(jìn)行放大。差分放大器常用于測(cè)量傳感器輸出的微弱差值信號(hào)，并將其放大以供后續(xù)處理。典型應(yīng)用包括溫度傳感器、壓力傳感器等。

7.3 非反相放大器

在非反相放大器配置中，LM358 可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的增益放大。通過設(shè)置反饋電阻，可以控制增益的大小，適用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行有控制的放大。此電路常用于音頻放大、信號(hào)處理等應(yīng)用。

7.4 比較器電路

LM358 的另一種常見應(yīng)用是作為比較器使用。在此配置下，LM358 對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)一個(gè)輸入信號(hào)大于另一個(gè)時(shí)，輸出信號(hào)會(huì)變化。該應(yīng)用常見于電壓監(jiān)測(cè)、電平轉(zhuǎn)換、過壓保護(hù)等場(chǎng)合。

7.5 濾波器電路

LM358 也可以應(yīng)用于濾波器設(shè)計(jì)，尤其是低通、高通和帶通濾波器。通過配置適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙荩琇M358 能夠在信號(hào)處理中去除不需要的頻率成分，保留所需的信號(hào)頻率。

8. 總結(jié)

LM358 是一款具有廣泛應(yīng)用的雙運(yùn)算放大器芯片，憑借其低功耗、寬電壓范圍、高輸入阻抗等特點(diǎn)，已成為許多電子設(shè)計(jì)中不可或缺的元件。無論是信號(hào)放大、電平轉(zhuǎn)換、濾波器設(shè)計(jì)，還是作為比較器等，LM358 都能發(fā)揮出色的性能。通過合理的電路設(shè)計(jì)，LM358 能夠滿足各種應(yīng)用的需求，并在低功耗系統(tǒng)中表現(xiàn)出色。

盡管 LM358 在性能上有其局限性，如輸出電壓范圍和負(fù)載能力等，但在大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用中，它仍然是一個(gè)非常合適的選擇。了解 LM358 的參數(shù)特性及其應(yīng)用，能夠幫助設(shè)計(jì)者更好地利用該芯片，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且高效的電路設(shè)計(jì)。