LM358这颗芯片可以说是电子爱好者和硬件工程师的老朋友了。它是双路通用运算放大器, DIP-8封装,价格便宜,几毛钱一片,但用途非常广。从信号放大到电压比较,从滤波到有源整流,很多电路里都能看到它的身影。学会看懂LM358的引脚图和典型应用,对入门模拟电路很有帮助。
先看引脚排列。LM358是双运放,也就是一个芯片里集成了两个独立的运算放大器。DIP-8封装的引脚功能如下:1脚是运放A的输出,2脚是运放A的反相输入,3脚是运放A的同相输入,4脚是GND(负电源),5脚是运放B的同相输入,6脚是运放B的反相输入,7脚是运放B的输出,8脚是正电源VCC。记住这个口诀:A输出1、B输出7,中间4和8是电源,2/3是A的输入,5/6是B的输入。
LM358的一个特点是支持单电源供电。普通运放比如uA741需要正负双电源,电路复杂。LM358用单电源5V或者12V就能工作,输出最低可以接近地电位。这个特性让它特别适合电池供电的便携设备。当然它也可以双电源供电,正负电源接在4脚和8脚之间,输出可以摆到正负电压。
最典型的应用是同相放大电路。输入信号接在3脚(同相端),2脚(反相端)通过电阻分压接到输出端,形成负反馈。放大倍数由反馈电阻和接地电阻的比值决定,公式是Av = 1 + Rf/Rg。比如Rf用100k,Rg用10k,放大倍数就是11倍。这种电路输入阻抗高,适合做传感器信号的前置放大。但要注意LM358的增益带宽积只有1MHz左右,放大倍数太高的话带宽会急剧下降,不适合高频信号。
反相放大电路也很常用。输入信号通过电阻接到2脚,3脚接地,输出通过反馈电阻接回2脚。放大倍数是Av = -Rf/Rin,负号表示输出和输入反相。反相放大的输入阻抗等于输入电阻Rin,比同相放大低很多。如果信号源内阻大,用反相放大会引入衰减,这时候优先选同相放大。
LM358还可以当比较器用。把两个输入端的信号分别接到同相端和反相端,没有负反馈,运放工作在开环状态。当同相端电压高于反相端时,输出接近正电源电压;反之输出接近地电位。这种电路可以做电压检测、过零检测、阈值判断。不过LM358当比较器用有个缺点:响应速度比较慢,转换速率只有0.3V/us左右。对速度要求高的场合,建议用专门的比较器芯片,比如LM393。
实际使用中要注意几个限制。LM358不是轨到轨运放,输出最高只能到VCC减1.5V左右,最低接近地电位。如果供电是5V,输出最大也就3.5V,接3.3V单片机ADC时直接连没问题,但如果期望输出到5V就达不到了。输入共模电压范围也是0到VCC-1.5V,输入信号不能太高。了解这些限制,用的时候才不会踩坑。
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