LM358可以说是模拟电子领域最经典的运放芯片之一了——便宜(几毛钱一个)、好用、应用范围广,从学生实验到工业产品都能看到它的身影。很多工程师的第一个运放项目就是用LM358做的,今天就来聊聊LM358的引脚功能和几种典型的应用电路。
LM358是一颗双运放芯片,一片里面有两个独立的运算放大器,共用一组电源。引脚封装一般是DIP-8(直插)或者SOP-8(贴片)。直插版的引脚排列很简单:1脚和7脚分别是两个运放的输出(OUT1、OUT2),2脚和6脚是反相输入端(IN1-、IN2-),3脚和5脚是同相输入端(IN1+、IN2+),4脚是电源负极(GND或者V-),8脚是电源正极(V+)。记住一点:LM358的4脚是GND,不是传统的运放双电源接法里的负电源,它可以单电源供电——这也是LM358最大的优点之一。
LM358的主要参数:单电源供电范围3V-32V(双电源±1.5V到±16V),输入电压可以低到GND以下0.3V(输入轨对轨),输出电压能接近电源轨(输出轨对轨),开环增益约100dB,单位增益带宽约1MHz,输入偏置电流约45nA。简单说就是:好养活、输出输入范围宽、速度一般、精度一般——适合对速度和精度要求不高的场合。
最常见的应用是电压比较器。不用外部反馈电阻,直接给同相端加参考电压(比如用两个电阻分压得到2.5V),反相端接输入信号,输出端就是一个数字信号:输入高于2.5V时输出接近VCC,低于2.5V时输出接近GND。这个电路可以用来做阈值检测——比如光敏电阻检测光线强度、温度传感器检测温度、按键检测等等。注意LM358作为比较器用时,输出是集电极开路结构,需要外接上拉电阻才能输出高电平。
第二种常见应用是线性放大器。给运放加上反馈电阻,就能实现增益控制。同相放大器的增益公式是1 + Rf/Rg,反相放大器的增益公式是 -Rf/Rg。比如需要放大2倍的信号,同相接法的话Rf=100kΩ,Rg=100kΩ就行。同相放大器输入阻抗很高,适合接传感器;反相放大器输入阻抗等于Rg,适合低阻抗信号源。
第三种常见应用是跟随器(电压跟随器)。把输出直接接回反相输入端,同相输入端接信号源,输出电压等于输入电压,但输出阻抗很低(相当于一个缓冲器)。这个电路在传感器和ADC之间用得特别多——传感器输出阻抗高,直接接ADC采样会有误差,加一个跟随器就能稳定采样了。
还有一种实用电路是低通滤波器或者高通滤波器。运放加上阻容网络就能组成一阶或二阶滤波器,用来滤除信号中的高频噪声或者低频干扰。不过LM358的带宽只有1MHz,做滤波器时截止频率最好控制在几百kHz以下,太高了运放跟不上。
使用注意事项:第一,单电源供电时输出会有一个中点偏移(约VCC/2),如果需要双极性输出记得在同相输入端加一个中点电压;第二,输出负载不要太重,LM358的输出电流约20mA,大电流负载要加驱动管;第三,输入信号不要超过电源范围,否则输出可能异常;第四,两个运放可以独立用也可以串联用,串联时总增益是两级增益的乘积,但要注意相位问题。
总的来说,LM358不是一颗高性能运放,但它便宜、好用、应用广泛,在很多对精度和速度要求不高的场合完全够用。作为入门学习运放的器件也很好——它的电路简单,参数好测,适合做各种实验。如果你需要更高精度的运放,可以考虑OP07、AD8605这些;如果需要更高速度的,可以考虑AD8051、THS3091这些。但日常电路设计里,LM358永远是首选之一。
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