雙運(yùn)放LM358的恒流充電應(yīng)用

王永奇（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州　凱里　556000）

雙運(yùn)放LM358的恒流充電應(yīng)用

王永奇
（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州凱里556000）

摘要:集成運(yùn)算放大器具有增益高、輸入電阻大、輸出電阻小、共模抑制比大等特點(diǎn)，具有線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用兩種應(yīng)用環(huán)境。集成電路LM358是雙運(yùn)放集成運(yùn)算放大器，恒流充電應(yīng)用包含線性和非線性兩種，屬于較典型的應(yīng)用環(huán)境。雙運(yùn)放LM358的恒流充電應(yīng)用闡述集成運(yùn)算放大器的組成、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:運(yùn)算放大器；特點(diǎn)；應(yīng)用；工作原理

1　LM358雙運(yùn)放概述

集成電路LM358內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器，具有增益高、設(shè)有內(nèi)部頻率補(bǔ)償、適用于電壓范圍很寬的單電源，也適用于雙電源工作方式等特點(diǎn)，在推薦工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他可用單電源供電的運(yùn)放應(yīng)用環(huán)境。內(nèi)部電路如圖1所示。

2　LM358引腳排列

集成電路LM358的引腳排列如圖2所示。

3　典型應(yīng)用電路

3.1典型應(yīng)用電路如圖3所示

該電路為恒流充電電路，其主要由恒流充電、電池電量檢測(cè)、電壓比較器、顯示等電路組成。

恒流充電電路由LM358中A運(yùn)放、Q1、Q2、R2、R4、R7、R8、R9、XF1、C2組成。

電池電量檢測(cè)電路由TL431、R10、R11、R12、XF1、C3組成。電壓比較器電路由LM358中B運(yùn)放、R3、R5、R6組成。

顯示電路由Q3、LED1（紅色）、LED2（綠色）、R13、R14、R15組成。

3.2TL431功能簡(jiǎn)介

集成電路TL431是具有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，簡(jiǎn)單應(yīng)用電路如圖4所示，輸出電壓由R1和R2分壓任意地將輸出電壓設(shè)置為2.5V到36V范圍內(nèi)的任意值。

集成電路TL431可等效為一只穩(wěn)壓值可調(diào)的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓值由外部精密分壓電阻R1、R2設(shè)定，如圖4所示。輸出電壓UO=Uref(1+R1/R2)(Uref=2.5v為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源電壓)，R3是TL431的限流電阻，用于限制電流IKA，調(diào)整輸出電壓UO，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化引起UO升高時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF＞Uref，破壞TL431的穩(wěn)定條件（UREF=Uref），IKA升高，UR3升高,UO下降,取樣電壓UREF也隨之下降，當(dāng)UO下降到使UREF=Uref時(shí)輸出電壓穩(wěn)定。反之，UO下降會(huì)導(dǎo)致UREF下降，使UREF＜Uref，破壞TL431的穩(wěn)定條件（UREF=Uref），IKA下降，UR3下降,UO升高,使取樣電壓UREF也隨之升高，當(dāng)UO升高到使UREF=Uref時(shí)輸出電壓穩(wěn)定。綜上所述，TL431構(gòu)成穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理是通過對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣，將取樣電壓值UREF與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Uref進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整陰極（K極）和陽(yáng)極（A極）之間的電流IKA，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)整。

三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的特點(diǎn)是當(dāng)取樣電壓值UREF與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Uref相等（UREF=Uref）時(shí)，流過陰極（K極）和陽(yáng)極（A極）的電流IKA恒定不變，當(dāng)取樣電壓值UREF大于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Uref（UREF＞Uref）時(shí)，流過陰極（K極）和陽(yáng)極（A極）的電流IKA快速增加，其內(nèi)阻減小。當(dāng)取樣電壓值UREF小于內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Uref（UREF＜Uref）時(shí)，流過陰極（K極）和陽(yáng)極（A極）的電流IKA快速減小，其內(nèi)阻增大。

3.3恒流充電工作原理

3.3.1充電器接通電源，電池未安裝。

充電器接通電源后，電源通過R1加到集成電路LM358的第8腳（電源輸入端），集成電路LM358內(nèi)部運(yùn)算放大器開始工作，Q1處于微導(dǎo)狀態(tài)。由于電池未安裝，流過電阻XF1的電流為0，電壓降為0。集成電路LM358第3腳輸入電壓為0，LM358中A運(yùn)放構(gòu)成的電壓放大器輸出電壓為0，即LM358第1腳輸出電壓為0，Q2處于截止?fàn)顟B(tài)。集成電路LM358第5腳輸入電壓為0，LM358中B運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器的輸出為低電平，即集成電路LM358第7腳輸出低電平，發(fā)光二極管LED2處于截止?fàn)顟B(tài)（不發(fā)光），Q3處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管LED1處于導(dǎo)通狀態(tài)（發(fā)紅光）。

3.3.2安裝電池，充電器接通電源。

充電器接通電源，電源通過R1加到集成電路LM358的第8腳（電源輸入端），集成電路LM358內(nèi)部運(yùn)算放大器工作。安裝手機(jī)電池后，充電器檢測(cè)手機(jī)電池電量（手機(jī)電池正負(fù)極電壓），當(dāng)檢測(cè)到手機(jī)電池電量低（手機(jī)電池正負(fù)極電壓低）時(shí)，精密可調(diào)基準(zhǔn)電源TL431的輸出電壓UO設(shè)定端UREF＜Uref(Uref=2.5v為基準(zhǔn)電壓),TL431K、A之間電流（陰陽(yáng)極之間電流）IKA小，Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，充電器為手機(jī)電池充電。充電器為手機(jī)電池充電時(shí)，電阻XF1有電流通過，電阻XF1電壓降通過R9加到集成電路LM358第3腳，LM358中的A運(yùn)放構(gòu)成的電壓放大器輸出電壓升高，即LM358第1腳輸出電壓升高，Q2處于放大狀態(tài)。集成電路LM358第5腳輸入電壓升高，LM358中的B運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，集成電路LM358第7腳輸出高電平，發(fā)光二極管LED2處于導(dǎo)通狀態(tài)（發(fā)綠光），Q3處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，集電極電位Vc3小于等于0.3V，發(fā)光二極管LED1處于截止?fàn)顟B(tài)（不發(fā)光）。當(dāng)檢測(cè)到手機(jī)電池電量已經(jīng)達(dá)到要求（手機(jī)電池正負(fù)極電壓高）時(shí)，精密可調(diào)基準(zhǔn)電源TL431的輸出電壓UO設(shè)定端UREF＞Uref, TL431K、A之間電流（陰陽(yáng)極之間電流）IKA增大，電阻R8兩端電壓增加，三極管Q1基極電位Vb1降低,三極管Q1進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，Ic1為0，充電器停止充電。

3.3.3恒流充電工作原理。

當(dāng)充電電流增加時(shí)，電阻XF1兩端電壓增加，集成電路LM358 第3腳輸入電壓升高，經(jīng)LM358中A運(yùn)放構(gòu)成電壓放大器放大后，集成電路LM358第1腳輸出電壓升高，Q2基極電位Vb2升高，Ib2增加，Ic2增加（Q2工作在放大狀態(tài)），Vc2減小，Vb1減小，Ib1減小，Ic1減?。≦2工作在放大狀態(tài)），即充電電流減小。

當(dāng)充電電流減小時(shí)，電阻XF1兩端電壓減小，集成電路LM358 第3腳輸入電壓降低，經(jīng)LM358中的A運(yùn)放構(gòu)成電壓放大器放大后，集成電路LM358第1腳輸出電壓降低，Q2基極電位Vb2降低，Ib2減小，Ic2減?。≦2工作在放大狀態(tài)），Vc2增加，Vb1增加，Ib1增加，Ic1增加（Q2工作在放大狀態(tài)），即充電電流增加。

3.3.4電池電量檢測(cè)及停止充電工作原理。

隨著充電時(shí)間的增加和電量的存儲(chǔ)，充電電池兩端電壓增加，三極管Q1發(fā)射極電位Ve1增加,精密可調(diào)基準(zhǔn)電源TL431的輸出電壓UO設(shè)定端UREF增加。當(dāng)UREF＞Uref(Uref為基準(zhǔn)電壓，Uref=2.5v)時(shí), TL431K、A之間電流（陰陽(yáng)極之間電流）IKA增加，電阻R8兩端電壓增加，三極管Q1基極電位Vb1降低,三極管Q1進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，Ic1為0，電路停止充電。

當(dāng)電路停止充電后，流過電阻XF1電流為0，電壓降也為0。集成電路LM358第3腳輸入電壓為0，LM358中的A運(yùn)放構(gòu)成電壓放大器，其第1腳輸出為0，Q2處于截止?fàn)顟B(tài)，集成電路LM358第5腳輸入電壓為0，LM358中的B運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器，集成電路LM358第7腳輸出低電平，發(fā)光二極管LED2處于截止?fàn)顟B(tài)（不發(fā)光），Q3處于截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)光二極管LED1處于導(dǎo)通狀態(tài)（發(fā)紅光）。

作者簡(jiǎn)介：王永奇（1963—），男，布依族，貴州長(zhǎng)順人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：移動(dòng)通信。