做模拟电路的人几乎都用过 LM358——便宜、好买、用得广,是很多人的"第一颗运放"。虽然它不是什么高性能芯片,但在对精度要求不高的场合,LM358 完全够用,而且单电源供电的特性让它特别适合用在电池供电的便携设备里。
先看引脚。LM358 是双运放芯片,一颗里面装了两个独立的运算放大器。8 脚 DIP 或 SOP 封装:1 脚和 7 脚是两个运放的输出;2、3 脚是第一个运放的反相和同相输入端;5、6 脚是第二个运放的同相和反相输入端;4 脚接电源负极或地;8 脚接电源正极。接线时记得 4 脚接电源,别搞反了,烧起来很快的。
LM358 最大的特点是可以单电源供电,电压范围 3V 到 32V。传统运放需要正负电源(比如 ±12V)才能正常放大交流信号,LM358 只需要一节 9V 电池或者 USB 的 5V 就能工作。内部有一个 2 倍增益的恒流源做偏置电路,保证单电源下也能正确放大双向信号。
最基础的用法是反相放大器和同相放大器。反相放大器的增益 Rf/R1,同相放大器的增益 1+Rf/R1。电阻阻值通常选 1kΩ 到 100kΩ 之间,太小会从输入源拉太多电流,太大又容易引入噪声和失调。做一个简单的音频放大器、传感器信号调理、电压跟随器(缓冲器),LM358 都能轻松搞定。
电压跟随器是 LM358 最实用的应用之一——直接把输出接回反相输入端,增益为 1。它不放大信号,但输入阻抗很高、输出阻抗很低,相当于一个信号缓冲器。比如一个传感器输出阻抗高,直接接负载会掉压,中间加个跟随器就把问题解决了。
当然 LM358 也有局限性。它的压摆率(slew rate)只有 0.3V/μs,处理高频信号不行,做音频放大(20kHz 上限)勉强能凑活。失调电压也比较大,典型值 ±2mV,对精密测量可能不够,这时候得换 OP07、AD8620 这类高精度运放。另外输出电压摆幅不到电源轨,单 5V 供电时输出电压范围大概是 0~3.7V 左右,不是满幅。
选电阻做 LM358 电路时尽量用金属膜电阻,精度 1% 足够。反馈环路电容有时候需要加个小电容(几十 pF)来防止高频自激振荡,特别是增益比较低的时候。PCB 布局上运放的输入端附近尽量不要走高频数字信号,减少耦合噪声。
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