淺析LM358運(yùn)算放大器的原理及應(yīng)用

李金海 李明宇

摘要：電子信息技術(shù)在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，運(yùn)算放大器在模擬電路中的作用也越來(lái)越重要。LM358作為一種通用型雙運(yùn)算放大器，在電子信息行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛。本文首先簡(jiǎn)要介紹了LM358運(yùn)算放大器及其特性，然后對(duì)其工作原理進(jìn)行分析，最后列舉了LM358運(yùn)算放大器的具體應(yīng)用案例，以期為L(zhǎng)M358運(yùn)算放大器在電子信息產(chǎn)業(yè)中更好地發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值提供參考。

關(guān)鍵詞：LM358；運(yùn)算放大器；原理；應(yīng)用實(shí)例；

引言

運(yùn)算放大器是模擬電路中比較常見(jiàn)的電子元器件，根據(jù)其參數(shù)的不同，可分為通用型和專用型兩大類，而后者又可分為高阻型、低溫漂型、高速型、低功耗型等多種類型。LM358則屬于通用型的雙運(yùn)算放大器，具有成本低、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，是目前市場(chǎng)上應(yīng)用范圍最廣泛的集成運(yùn)算放大器之一。因此，了解和分析LM358運(yùn)算放大器的工作原理和應(yīng)用案例，對(duì)其在電子設(shè)備中的科學(xué)應(yīng)用及其應(yīng)用水平的提高具有重要的指導(dǎo)意義。

一、LM358運(yùn)算放大器概述

早期，運(yùn)算放大器出現(xiàn)的目的是將電壓用數(shù)字的形式表示出來(lái)，以方便加、減、乘、除的運(yùn)算，常被用來(lái)建構(gòu)模擬計(jì)算機(jī)。目前，運(yùn)算放大器的用途早已不再局限于普通的加減乘除計(jì)算，而是出現(xiàn)了多種特殊運(yùn)算功能且類型各異的運(yùn)算放大器?，F(xiàn)如今，運(yùn)算放大器用途十分廣泛，在精密度要求較高的直流放大器、交流放大器、振蕩器、有源濾波器以及電壓比較器等的生產(chǎn)中都是不可或缺的重要器件。根據(jù)供電方式的不同，可將運(yùn)算放大器分為雙電源供電和單電源供電兩種，而根據(jù)應(yīng)用參數(shù)的不同，又可將其分為通用型和專用型兩大類。

LM358運(yùn)算放大器是發(fā)展水平和應(yīng)用現(xiàn)狀相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較成熟的一種通用型雙運(yùn)算放大器，這里的“雙”指的是LM358的內(nèi)部是由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)算放大器組成，且均具有高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)。LM358運(yùn)算放大器既可以在寬范圍電源電壓的單電源中使用，也可以在雙電源中應(yīng)用。作為一種通用型運(yùn)算放大器，LM358的性能指標(biāo)可以滿足一般性的使用要求，且價(jià)格低廉、耗能低、應(yīng)用模式成熟，因而其應(yīng)用范圍較為廣泛。目前，LM358運(yùn)算放大器最常應(yīng)用于直流增益模塊和傳感放大器中，另外，在一些單電源供電的運(yùn)放環(huán)境中也可用到。

二、LM358運(yùn)算放大器的原理分析

（1）LM358運(yùn)算放大器的特性分析

LM358運(yùn)算放大器具有內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)墓δ?，能夠確保其在很寬的工作頻率內(nèi)不會(huì)引起自激，從而發(fā)揮正常的運(yùn)算功能。直流電壓增益高（大約達(dá)到100dB）、單位增益頻帶寬（大約為1MHz）及電源電壓范圍寬（單電源：3～30V；雙電源：±1.5～±15V）的特性決定了LM358運(yùn)算放大器具有寬泛的應(yīng)用范圍。而LM358運(yùn)算放大器的低功耗電流使其比較適合用在電池供電中。另外，低輸入偏流、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流也是LM358運(yùn)算放大器的重要特性，可以保證運(yùn)算的精密度。LM358運(yùn)算放大器還具有差模、共模輸入電壓范圍較寬、輸出電壓擺幅較大的特點(diǎn)。

（2）運(yùn)算放大器的基本原理

LM358運(yùn)算放大器是集成運(yùn)算放大器的一種，因此，了解運(yùn)算放大器的基本原理對(duì)于弄清LM358運(yùn)算放大器的工作原理具有重要指導(dǎo)作用。一般情況下，運(yùn)算放大器共有3個(gè)端口：2個(gè)輸入端和1個(gè)輸出端，2個(gè)輸入端口分別為反相輸入端和同相輸入端，也可以稱為倒向輸入端和非倒向輸入端，分別用“-”和“+”標(biāo)示，輸出端則用“o”標(biāo)示。

運(yùn)算放大器在工作過(guò)程中可以看做是一種電壓放大器，當(dāng)信號(hào)從放大器的反相輸入端輸入時(shí)，輸出端輸出的信號(hào)就與輸入時(shí)反相，同樣的道理，當(dāng)信號(hào)從放大器的正相輸入端輸入時(shí)，輸出端輸出的信號(hào)就與輸入時(shí)同相，而當(dāng)信號(hào)同時(shí)從正反相兩個(gè)端口輸入時(shí)，會(huì)在運(yùn)算放大器內(nèi)部進(jìn)行減數(shù)運(yùn)算，最后在輸出時(shí)會(huì)與較大的那個(gè)輸入端口的信號(hào)同相。

（3）LM358運(yùn)算放大器的原理分析

LM358運(yùn)算放大器的封裝形式包括雙列直插式和貼片式兩種。圖1為L(zhǎng)M358運(yùn)算放大器的引腳圖，從圖中可以看出LM358運(yùn)算放大器各引腳的功能：1、7腳作為信號(hào)輸出端；2、6腳代表信號(hào)的反相輸入端；3、5腳則代表信號(hào)的正相輸入端；4、8腳則分別為負(fù)電源或接地、正電源，其中4腳在雙電源工作時(shí)代表負(fù)電源，而在單電源工作時(shí)則代表接地。LM358是雙運(yùn)算放大器，1、2、3腳組成其中一個(gè)運(yùn)放通道，而5、6、7腳則組成另一個(gè)運(yùn)放通道。

由圖1可知，8腳為供電輸入端口，2、3腳與5、6腳的輸入電壓分別進(jìn)行比較后，對(duì)應(yīng)10UT與20UT兩個(gè)獨(dú)立的輸出端口。圖2為L(zhǎng)M358運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路原理圖，當(dāng)1、2兩條運(yùn)放通道的正相輸入端口均大于反相端口時(shí)，10UT與20UT輸出高電平；而當(dāng)兩條運(yùn)放通道的正相輸入端口小于反相端口時(shí)，10UT與20UT則輸出低電平。

三、LM358運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例

（1）LM358運(yùn)算放大器在紅外探測(cè)報(bào)警器中的應(yīng)用

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)工作生活環(huán)境的安全性越來(lái)越重視，各種防盜報(bào)警裝置應(yīng)運(yùn)而生。紅外探測(cè)報(bào)警器因其隱蔽性好、覆蓋范圍大等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前倉(cāng)庫(kù)、辦公室、實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)合常見(jiàn)的防盜報(bào)警裝置。而這種裝置中就應(yīng)用了LM358運(yùn)算放大器。

紅外探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要包括紅外傳感器、信號(hào)放大電路及電壓比較器、報(bào)警電路以及延時(shí)電路等。當(dāng)紅外探測(cè)報(bào)警裝置工作時(shí)，首先由傳感器探測(cè)收集紅外信號(hào)，再將收集的信號(hào)傳輸?shù)絃M358運(yùn)算放大器中進(jìn)行高增益、低噪聲放大處理，并進(jìn)行電壓比較處理，最后輸出報(bào)警信號(hào)，觸發(fā)報(bào)警電路。

（2）LM358運(yùn)算放大器在穩(wěn)壓電路中的應(yīng)用

穩(wěn)壓電路能夠在輸入電壓、環(huán)境條件、電路參數(shù)等發(fā)生變化時(shí)仍能維持恒定的輸出電壓，因此，穩(wěn)壓電路在各種電子設(shè)備的制作中經(jīng)常被采用。而在穩(wěn)壓電路的制作用，可以應(yīng)用LM358運(yùn)算放大器作為穩(wěn)壓裝置的核心器件，由此形成的穩(wěn)壓電路包括供電、基準(zhǔn)電壓、電壓取樣比較等幾個(gè)部分。LM358運(yùn)算放大器在這個(gè)穩(wěn)壓電路中主要起著電壓比較器的作用，也是實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵部件。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代科技朝著集成化方向發(fā)展，運(yùn)算放大器已經(jīng)在通信領(lǐng)域、電視開(kāi)發(fā)、多媒體技術(shù)、精密儀器制造以及電子電路設(shè)計(jì)等行業(yè)中得到應(yīng)用，并取得較好的應(yīng)用效果。LM358運(yùn)算放大器作為一種通用型運(yùn)算放大器，可選擇的應(yīng)用范圍較廣，且在大多數(shù)情況下都可以滿足電路的應(yīng)用需求，因而具有較廣闊的應(yīng)用前景。在LM358運(yùn)算放大器的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)全面考慮其應(yīng)用條件、精密度等級(jí)等性能指標(biāo)，努力創(chuàng)新其應(yīng)用模式，以充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。

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