LM358这个运放在电子圈里绝对是"国民级"的存在,便宜(几毛钱一颗)、好用、容易买,基本上每个做硬件的抽屉里都能找出几颗。它是双运放,一颗芯片里有两个独立的运放,单电源就能工作(3V到32V),虽然性能不算高端,但应付一般的信号调理、电压跟随、比较器这些场景完全够用。今天就从引脚图开始,聊聊LM358的基本参数和常用的典型应用电路。
先看引脚,最常用的封装是DIP-8直插和SOP-8贴片,两种封装的引脚定义是一样的:1脚是1OUT(第一个运放的输出),2脚是1IN-(第一个运放的反相输入),3脚是1IN+(第一个运放的同相输入),4脚是GND(地,也就是负电源),5脚是2IN+(第二个运放的同相输入),6脚是2IN-(第二个运放的反相输入),7脚是2OUT(第二个运放的输出),8脚是VCC(正电源)。记住一句话:同相输入靠中间(3和5脚),反相输入靠两边(2和6脚),输出在最外侧(1和7脚),中间下是地(4脚),中间上是电源(8脚)。单电源用的话4脚接GND,8脚接正电源(比如5V或12V);双电源用的话4脚接负电源(比如-12V),8脚接正电源(+12V)。
关键参数方面,先有个大概了解,心里有数就行。电源电压范围:单电源3V到32V,双电源±1.5V到±16V,这个范围挺宽的,兼容大部分低压和中压电路。输入失调电压:典型值2mV,最大7mV,这个精度一般,做精密测量需要调零或者选更好的运放(比如OP07)。增益带宽积(GBW):典型值1MHz,不算高,所以不要指望它处理高频信号,几十KHz以内用没问题。单位增益稳定:是的,接成电压跟随器不会自激振荡,这个很重要,很多运放单位增益下不稳定。输入偏置电流:典型值45nA,不算小,高阻抗信号源的话要注意偏置电流带来的误差。输出电流:典型值20到40mA,能直接驱动小功率的负载,比如LED、小继电器(要加续流二极管)。
最常用的第一个应用电路是电压跟随器(也叫缓冲器),接法非常简单:输出端(1脚)直接接反相输入端(2脚),信号从同相输入端(3脚)进去,输出就是跟输入一模一样的电压。看起来好像什么都没做,但它的作用巨大:把高阻抗的信号源变成低阻抗输出,解决前后级阻抗不匹配的问题。比如做电压采样,分压电路的电阻是MΩ级的,直接接ADC的话采样电容充不上电,读数不准;中间插一个LM358做跟随器,分压电阻的阻值再大也没关系。跟随器还有一个用途是隔离,前级的负载变化不会影响后级的工作点。
第二个常用电路是同相比例放大器,信号从同相端进去,反相端通过一个电阻接地,再用一个反馈电阻接输出和反相端。放大倍数公式是Av=1+Rf/R1,比如Rf=10K,R1=1K,放大倍数就是11倍。同相放大器的优点是输入阻抗非常高(几百MΩ以上),适合放大微弱的电压信号,比如传感器输出。注意同相放大器的输入电压范围不能超过电源电压,单电源使用时输入要加偏置,让信号处在电源电压的中间范围(比如5V电源就偏置到2.5V),不然负半周的信号会被削掉。
第三个常用电路是反相比例放大器,信号通过一个电阻从反相端进去,同相端接地,反馈电阻接输出和反相端。放大倍数是Av=-Rf/R1,负号表示输出反相。这个电路的优点是虚地,输入电压范围不受同相端限制,适合做加法器和积分器。加法器就是在反相端多加几个输入电阻,输出就是各个输入电压按比例相加的反相值,做信号混合的时候很好用。积分器把反馈电阻换成电容,输出就是输入电压对时间的积分,用在波形发生、PID控制器的积分环节这些地方。
最后说几个使用LM358容易踩的坑。第一个,单电源使用时注意输入输出的电压范围,LM358的输入共模电压范围是0V到VCC-1.5V,输出摆幅是0V到VCC-1.5V左右,也就是说离电源轨还有1.5V左右的距离,不能满幅输出。如果要满幅输出,得选Rail-to-Rail的运放(比如MCP6002)。第二个,LM358的输出是NPN管的集电极开路加上拉的结构(老版本),或者准推挽,灌电流能力比拉电流能力强,驱动LED的时候最好是LED正极接电源,负极接LM358输出脚,这样输出低电平亮,电流大,更稳定。第三个,高频不要用,超过几十KHz增益就掉得厉害,带宽不够。第四个,双电源使用时,上电顺序要注意,先加负电源再加正电源,不然可能出现闩锁效应导致芯片损坏。
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