Как работает LM358 в схемах усилителей и компараторов

Двойная ИС операционного усилителя LM358 содержит два независимых операционных усилителя в одном корпусе, что помогает уменьшить размер схемы и количество компонентов. Поскольку она может работать от одного источника питания и принимает входные сигналы, близкие к земле, её проще использовать во многих схемах с низким напряжением и работающих от батарей. Эта статья объясняет LM358 в полном, но понятном виде. В ней рассматриваются распиновка ИС, внутренняя структура, особенности, спецификации, рабочие схемы и многое другое.

Каталог

Основы LM358 Dual OP-AMP IC

LM358 - это двойной операционный усилитель ИС, который содержит два независимых операционных усилителя в одном корпусе. Он разработан для низкого потребления мощности и может работать от одного источника питания. Серия LM358 также поддерживает диапазон входного напряжения с общей землей, что упрощает использование в схемах с одноканальным питанием.

LM358 может работать при напряжениях питания от 3,0 В до 32 В. У него также низкий покойный ток по сравнению с более старыми стандартными ИС операционных усилителей. Его диапазон выходного напряжения включает отрицательное напряжение питания, что помогает уменьшить необходимость в дополнительных смещающих компонентах.

Если вы заинтересованы в покупке LM358, свяжитесь с нами для получения информации о ценах и наличии.

Подробности распиновки LM358 Dual OP-AMP IC

Номер вывода	Название вывода	Описание
1	Выход A	Выходной терминал операционного усилителя A.
2	Обратный вход A (-)	Обратный вход операционного усилителя A. Сигналы, поданные сюда, усиливаются с инверсией фазы.
3	Прямой вход A (+)	Прямой вход операционного усилителя A. Сигналы, поданные сюда, усиливаются без инверсии фазы.
4	VEE / GND	Негативный источник питания. При одноканальном питании этот вывод обычно соединен с землей.
5	Прямой вход B (+)	Прямой вход операционного усилителя B.
6	Обратный вход B (-)	Обратный вход операционного усилителя B.
7	Выход B	Выходной терминал операционного усилителя B.
8	VCC	Положительный источник питания. Поддерживает работу от 3 В до 32 В в конфигурациях с одноканальным питанием.

Альтернативы и эквиваленты

Номер части	Описание	Основные примечания
LM258	Двойной операционный усилитель	Версия LM358 для промышленного температуры с аналогичными электрическими характеристиками.
LM2904	Двойной операционный усилитель	Автомобильный и промышленный эквивалент LM358.
LM358A	Улучшенная версия LM358	Предлагает лучшее смещение напряжения и более строгие характеристики производительности.
LM2904A	Улучшенная версия LM2904	Повышенная точность и меньший смещение по сравнению со стандартным LM2904.
LM358B	Усовершенствованный двойной операционный усилитель	Улучшенная точность, более низкое смещение напряжения и лучшая общая производительность.
LM2904B	Усовершенствованный операционный усилитель автомобильного класса	Улучшенная версия LM2904 с высокой точностью.
RC4558	Двойной операционный усилитель	Операционный усилитель общего назначения, часто используемый как альтернатива LM358, хотя с различными характеристиками входа/выхода.
TL082	Двойной операционный усилитель с JFET-входом	Обеспечивает высокое входное сопротивление и низкий входной смещающий ток.
TL072	Низкошумный двойной операционный усилитель с JFET-входом	Подходит для приложений, требующих низкого шума и высокого входного сопротивления.
MCP6002	Двойной операционный усилитель с райл-ту-райлу	Работает при более низких напряжениях и предлагает производительность райл-ту-райлу на входе/выходе.
LMV358	Двойной операционный усилитель низкого напряжения	Разработан для работы при низкой мощности и низком напряжении.
OPA2333	Прецизионный двойной операционный усилитель	Архитектура нулевого дрейфа с очень низким смещением напряжения и высокой точностью.

Схема блочного диаграммы LM358

LM358 использует дифференциальный входной этап, сформированный транзисторами Q1 по Q4. Этот этап сравнивает напряжения, приложенные к инвертирующему и неинвертирующему входам, и преобразует разницу в внутренний управляющий сигнал. Транзисторы источника тока обеспечивают стабильные смещающие токи, которые помогают поддерживать постоянную работу при различных напряжениях питания и температурах.

Умноженный сигнал из входного этапа затем обрабатывается этапом напряжения усиления, который включает транзисторы, такие как Q10 и Q11. Этот раздел обеспечивает большую часть напряжительного усиления, необходимого операционному усилителю. Конденсатор компенсации (Cc) интегрирован в конструкцию, чтобы улучшить стабильность и предотвратить нежелательные колебания во время работы.

Выходной этап состоит из транзисторов Q5, Q6, Q7 и Q13. Этот этап увеличивает способность усилителя к току и передает финальный выходной сигнал на нагрузку. Выход может колебаться близко к земле, что делает LM358 хорошо подходящим для работы с односписковым питанием.

Характеристики и спецификации LM358

Категория	Параметр	Спецификация
Общая информация	Тип устройства	Двойной операционный усилитель
	Количество усилителей	2
	Внутренняя компенсация	Стабильный коэффициент передачи
	Варианты упаковки	PDIP, SOIC, TO-99, DSBGA
Особенности	Постоянное напряжение усиления	100 дБ (типично)
	Продукт коэффициента усиления и полосы пропускания	1 МГц
	Напряжение смещения на входе	2 мВ (типично)
	Область общего-mode ввода	Включает землю
	Дифференциальный диапазон входного напряжения	Равно напряжению питания
	Выходное напряжение колебания	Большие выходные колебания
	Выходное колебание к земле	Поддерживается
	Температурная компенсация	Частота единичного коэффициента передачи и ток смещения на входе
	Совместимость логики	Совместим с различными логическими семействами
	Работает от аккумулятора	Подходит для приложений, работающих от батареи
Питание	Диапазон напряжения односпискового питания	3 В до 32 В
	Диапазон напряжения двойного питания	±1.5 В до ±16 В
	Холостой ток	500 мкА (типично)
Электрические характеристики	Открытое усиление напряжения	100 дБ
	Продукт коэффициента усиления и полосы пропускания	1 МГц
	Скорость нарастания	0.3 В/мкс
	Ток смещения на входе	20 нА (типично)
	Входное сопротивление	Высокое
	Выходная способность тока	До 20 мА (типично)
	Диапазон общего напряжения	0 В до (VCC − 1.5 В)
Температура	Диапазон рабочей температуры	-55°C до +125°C
	Диапазон температуры хранения	-65°C до +150°C
Абсолютные максимальные значения	Максимальное напряжение питания (V+)	32 В
	Максимальное дифференциальное входное напряжение	32 В
	Диапазон входного напряжения	-0.3 В до 32 В
	Входной ток (VIN < -0.3 V)	50 мА
	Короткое замыкание на выходе на землю	Непрерывное (один усилитель)
Рассеивание мощности	Упаковка PDIP	830 мВт
	Упаковка TO-99	550 мВт
	Упаковка SOIC	530 мВт
	Упаковка DSBGA	435 мВт
Ограничения пайки	Упаковка PDIP (10 с)	260°C
	Паровая фаза SOIC (60 с)	215°C
	SOIC ИК (15 с)	220°C
	Корпус TO-99 (10 с)	300°C

LM358 Работа в цепи

Схема контроллера температуры LM358

В этой схеме LM358 работает как компаратор напряжения для мониторинга и управления температурой. NTC термистр чувствует изменения температуры, изменяя свое сопротивление. При повышении температуры сопротивление NTC уменьшается, что приводит к изменению напряжения на одном из входов LM358.

Потенциометр обеспечивает регулируемое эталонное напряжение на другом входе LM358. Увеличитель постоянно сравнивает напряжение термистра с эталонным напряжением. Когда измеренная температура пересекает установленный порог, выход LM358 изменяет состояние.

Выход управляет транзистором Q1 через резистор R1. Когда Q1 включается, он активирует реле K1, позволяя подать питание на обогреватель. Диод D4 защищает транзистор от импульсов напряжения, создаваемых катушкой реле. Эта схема позволяет автоматически регулировать температуру на основе заданного пользователем установочного значения.

Схема усилителя сигнала LM358 с двумя каскадами

Эта схема использует оба операционных усилителя внутри LM358 для обеспечения двух ступеней усиления сигнала. Входной сигнал сначала проходит через конденсатор C2, который блокирует постоянные составляющие и позволяет только переменному сигналу входить в усилитель.

Первый каскад усилителя (U1A) усиливает входной сигнал, используя сеть обратной связи, состоящую из R1 и C1. Усиленный выход затем проходит через потенциометр R5, который позволяет регулировать уровень сигнала перед его поступлением на второй каскад.

Второй каскад усилителя (U1B) обеспечивает дополнительное усиление и фильтрацию. Компоненты R9 и C3 определяют усиление и частотную характеристику этого каскада. Конденсатор C4 связывает два каскада, предотвращая нежелательную передачу постоянного напряжения.

Светодиод и резистор R10 служат индикатором питания. В целом, оба усилителя LM358 увеличивают мощность сигнала, улучшают его кондиционирование и обеспечивают контролируемый выход, подходящий для дальнейшей аналоговой обработки.

Применения LM358

Кондиционирование сигналов датчиков

LM358 используется для усиления слабых сигналов датчиков перед их считыванием контроллерами, измерителями или обрабатывающими цепями. Он подходит для датчиков, которые создают небольшие изменения напряжения, таких как датчики температуры, света, давления и газа.

Сравнение напряжения

LM358 может сравнивать входное напряжение с эталонным напряжением и изменять свой выход, когда вход достигает установленного уровня. Это делает его полезным для обнаружения порогов, сигналов низкого заряда батареи и защитных цепей.

Активные фильтры

LM358 может использоваться в активных фильтрах для отделения полезных сигналов от нежелательных частот. Он поддерживает конструкции фильтров низких, высоких и полосовых частот для аудио, измерений и контрольных систем.

Предусиление аудио

LM358 может усиливать низкоуровневые аудиосигналы перед их поступлением на следующий каскад усиления. Он широко используется в простых микрофонных, тонкостных и базовых аудиопредусилителях.

Генерация осцилляторов и форм сигналов

LM358 может быть сконфигурирован для генерации повторяющихся форм сигналов, таких как квадратные и треугольные волны. Эти схемы полезны для синхронизации, тестирования сигналов и базовых функций управления.

Измерение тока

LM358 может усилить небольшое напряжение через шунтирующий резистор, чтобы помочь измерить ток. Это полезно в зарядных устройствах для аккумуляторов, драйверах моторов, источниках питания и цепях мониторинга нагрузки.

Мониторинг источников питания

LM358 может отслеживать уровни напряжения питания и обнаруживать ненормальные условия, такие как недовольствование или превышение напряжения. Он помогает повысить безопасность схем, вызывая тревоги, сигналы отключения или контрольные действия.

Контроль температуры

LM358 может работать с термистрами или датчиками температуры для управления обогревателями, вентиляторами или сигнализациями. Он сравнивает измеренную температуру с установленным эталонным напряжением и переключает выход, когда предел достигнут.

LM358 против других операционных усилителей

Характеристика	LM358	LM324	LM2904	LM741	LMV358	TL082
Количество ОУ	2	4	2	1	2	2
Диапазон рабочего напряжения	3V до 32V	3V до 32V	3V до 26V	±10V до ±18V	2.7V до 5.5V	±5V до ±18V
Работа от одного источника	Да	Да	Да	Ограниченно	Да	Да
Выход типа «от шины до шины»	Нет	Нет	Нет	Нет	Почти от шины до шины	Нет
Продукт усиления и ширины полосы	1 МГц	1 МГц	1 МГц	1 МГц	1 МГц	3 МГц
Скорость нарастания	0.3 В/мкс	0.5 В/мкс	0.3 В/мкс	0.5 В/мкс	1 В/мкс	13 В/мкс
Смещение входного напряжения (типичное)	2 мВ	2 мВ	2 мВ	1 мВ	1 мВ	3 мВ
Входной смещающий ток (типичный)	20 нА	20 нА	20 нА	80 нА	1 пА	65 пА
Входной общий режим включает заземление	Да	Да	Да	Нет	Да	Нет
Выход может работать близко к заземлению	Да	Да	Да	Нет	Да	Нет
Статический ток	500 мкА	700 мкА	500 мкА	1.7 мА	210 мкА	1.4 мА
Рабочая температура	-55°C до +125°C	0°C до +70°C*	-40°C до +125°C	0°C до +70°C*	-40°C до +125°C	0°C до +70°C*
Лучше всего для	Аналоговых схем общего назначения	Множественные схемы операционных усилителей	Автомобильные и промышленные системы	Устаревшие аналоговые схемы	Портативные устройства с низким напряжением	Высокоскоростные и аудиосхемы

Механические размеры LM358

Производитель

Компания ON Semiconductor (onsemi) производит LM358, используя зрелые технологии производства аналоговых полупроводников, оптимизированные для массового и экономически эффективного производства. Компания поддерживает широкий ассортимент упаковок, включая варианты с отверстием и поверхностного монтажа, чтобы удовлетворить потребности потребительских, промышленных, автомобильных и энергетических приложений. Производственные возможности onsemi включают автоматизированное производство ваферов, сборку, испытания и контроль качества, которые обеспечивают стабильную электрическую производительность и долгосрочную надежность. Благодаря своей глобальной сети производства и поставок, onsemi может поставлять устройства LM358 в больших количествах, сохраняя при этом соответствие отраслевым стандартам качества и охраны окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Почему LM358 предпочитают для однонаправленных схем по сравнению со старыми операционными усилителями, такими как LM741?

LM358 может работать от одного источника питания и принимать входные напряжения до уровня заземления. LM741 обычно требует двух источников питания и не может легко обрабатывать сигналы, ссылающиеся на землю.

2. Что происходит, если LM358 используется в приложении с высоким частотным сигналом?

У LM358 полоса пропускания составляет около 1 МГц, а скорость изменения — 0.3 В/мкс. Высокочастотные сигналы могут испытывать искажения, снижение усиления или более медленный отклик по сравнению с более быстродействующими операционными усилителями.

3. Могут ли оба операционных усилителя внутри LM358 использоваться независимо в одной схеме?

Да. LM358 содержит два отдельных операционных усилителя, которые могут выполнять разные функции в одном и том же проекте, такие как усиление и сравнение напряжения.

4. Почему LM358 не выдает выходной сигнал, достигающий положительного напряжения источника питания?

LM358 не является операционным усилителем с полным диапазоном выходного напряжения. Его выход может колебаться близко к заземлению, но обычно остается приблизительно на 1.5 В ниже положительного напряжения источника питания.

5. Можно ли использовать LM358 для измерения тока в силовой цепи?

Да. Он может усиливать малое напряжение, развивающееся на шунтирующем резисторе, что позволяет измерять токи в зарядных устройствах для аккумуляторов, источниках питания и схемах управления двигателями.

6. Почему рекомендуется использовать конденсаторы обхода при использовании LM358?

Конденсаторы обхода помогают фильтровать шум источника питания и улучшать стабильность схемы, снижая риск нежелательных колебаний или неточных выходных сигналов.