Электротехника

Описание и применение операционного усилителя LM358

Автор admin

Описание микросхемы LM358

Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.

Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.

Виды LM358

Существует несколько типов ОУ, о котором мы говорим. Во-первых, нужно отметить, что есть не один признак классификации, а сразу три.

Начать “систематизацию” следует с такого признака, как область использования.

Итак, существуют программируемые и альтернативные виды. Если говорить о первых, то нужно сказать — они очень дешевые легкодоступные, ведь, как правило, находятся в “обращении” лишь в измерительных режимах. А вот вторые, в свою очередь, отличаются высокой ценой, так как в их структурах есть мощные агрегаты, способные минимизировать потребление внешней нагрузки, что обеспечивает стопроцентную безопасность от коротких замыканий всей электросистемы.

Теперь перейдем к разделению по “базам”: есть электронные (1) и полярные (2). 1 — работают благодаря своему интенсивному управлению потоком частиц, которые двигаются между катодом и анодом, то есть минусом и плюсом. 2 — функционируют с помощью регулирования и контроля величины сопротивления на выводах, которое определяет направление начального сигнала.

Ну и, конечно же, третья сортировка. Она определена быстротой действия электроприбора. Разумеется, рассмотрим быстродействующие и среднедействующие.

“БУ” свойственна максимально-возможная скорость смещения, ведь они содержат в себе несколько дифференциальных выходов. А вот “СУ” — полностью наоборот — не обладают необходимым количеством вышеназванных элементов, а также имеют низкую частоту испускания при однополярном процессе.

Основные параметры LM358

Датчик имеет сразу несколько ключевых параметров. Именно о них и пойдет речь в данном разделе.

Начнем, пожалуй, с “ограниченного усиления”, которое обозначается следующим образом: [gopen.]. Это есть некий показатель, демонстрирующий на какое количество раз “ОУ” развил частоту работы начального сигнала.

Теперь рассмотрим второй по значимости элемент — [vout.] — напряжение на выводе. [vout.] не может быть бесконечным, ведь равенство в переходных фазах обеспечивает именно оно.

И, наконец, [rres.] — результирующее сопротивление, которое показывает максимальный “номинал” применяемых в цепи резисторов.

Технические характеристики

Ниже указаны предельные допустимые значения условий эксплуатации для диапазона рабочих температур окружающей среды TA от 0 до +70 °C, если не указано иное.

Основные электрические характеристики, при температуре окружающей среды TA = 25 °C.

Рекомендуемые условия эксплуатации в диапазоне рабочих температур окружающей среды, если не указано иное:

Подверженность устройства повреждению от электростатического разряда (ESD):

Также у данного устройства есть тепловые характеристики:

Таблица характеристик

Параметр LM358, LM358N
Питание, вольт 3-32В
Биполярное питание ±1,5В до ±16В
Потребляемый ток 0,7мА
Напряжение смещения по входу 3мВ
Ток смещения  компенсации по входу 2нА
Входной ток смещение 20нА
Скорость нарастания на выходе 0,3 В/мсек
Ток на выходе 30 — 40мА
Максимальная частота 0,7 до 1,1 МГц
Коэффициент дифференциального усиления 100дБ
Рабочая температура 0° до 70°

Микросхемы различных производителей могут иметь разные параметры, но всё в пределах нормы. Единственное может сильно отличаться максимальная частота у одних она  0,7МГц, у других до 1,1МГц. Вариантов использования ИМС накопилось очень много, только в документации их около 20 штук. Радиолюбители расширили это количество более 70 схем.

Типовой функционал из datasheet на русском:

  1. компараторы;
  2. активные RC фильтры;
  3. светодиодный драйвер;
  4. суммирующий усилитель постоянного тока;
  5. генератор импульсов и пульсаций;
  6. низковольтный детектор пикового напряжения;
  7. полосовой активный фильтр;
  8. для увиливания с фотодиода ;
  9. инвертирующий и не инвертирующий усилитель;
  10. симметричный усилитель;
  11. стабилизатор тока;
  12. инвертирующий усилитель переменного тока;
  13. дифференциальный усилитель постоянного тока;
  14. мостовой усилитель тока.

Применение

  • генератор импульсов и пульсаций (устройства типа «мигающий маяк»);
  • блоки питания и зарядные устройства;
  • сплит системы внутреннего и наружного применения;
  • материнские платы;
  • бытовая техника;
  • симметричный усилитель;
  • мостовой усилитель тока;
  • схемы управления двигателем;
  • источники бесперебойного питания;
  • холодильные установки, посудомоечные и стиральные машины;
  • различные виды инверторов;
  • контроллеры и другое.

Сферы применения микросхемы производители, как правило, указывают в технических описаниях.

Маркировка

Префикс LM сначала использовался при маркировке общего назначения компанией National Semiconductor. Цифры “358” это ее серийный номер. В 2011 году эта компания была приобретена другим производителем электроники Texas Instruments. С этого года префикс “LM” является кодом производителя Texas Instruments, но несмотря на это, этот код используют и другие производители при маркировке своей продукции. Микросхемы LM358, LM358-N и LM358-P имеют одинаковые технические параметры. У большинства компаний-производителей символами “-N” , “-P” обозначаются пластиковые корпуса PDIP.

В технических описания встречается такие виды: LM358A, LM358B, LM358BA. Так указывается версии следующего поколения промышленного стандарта LM358. Устройства «B» могут быть доступны в более современных микрокорпусах TSOT и WSON.

Подключение LM358

Наш технический инструмент, пожалуй, является самым популярным техническим прибором в спутниковой электронике, ведь его можно использовать в различных структурах, которые осуществляют повышение уровня блок-сигналов в разнообразных установках генератора, в аналого-цифровых преобразователях и в других аппаратах.

Так как его причисляют к элементам, способным получить большую ширину назначения в конструировании тех систем, которые контролируют уровень температур и других характеристик, его схема подключения основывается на обычных цепях.

Итак, выводы датчика соединяют с сетями питания (однополярного или двухполярного), где происходит формирование “главного сигнала”.

Уже потом в строениях усилителя образуются линии тока, способные регулировать и контролировать наш «импульс», преобразовывая его так, чтобы значение подходило для правильного функционирования электросети (то есть с минимальными потерями).

После подключения можно будет определить величину температуры, которая варьируется в диапазоне от одного градуса по Цельсию до тысячи. Именно величина T определит, как свою деятельность будут организовывать следующие элементы системы:

  1. придаточный усилитель;
  2. формализатор деформации тока;
  3. «холодильник» преобразования напряжения;
  4. двойной блок с обратным значением регуляции;
  5. интегральный корпус дифференциального регулирования;
  6. конструктор обеспечения;
  7. контроллер частоты выводов.

Импортные и отечественные аналоги

LM358 весьма популярна в промышленной и любительской электронной технике. Она активно используется в различных сравнивающих и генерирующих устройствах, активных фильтрах, усилителях различного назначения. Неудивительно, что многие производители радиоэлектронных компонентов включили в перечень своей продукции аналоги LM358 или близкие ей по своим параметрам микросхемы.

Ниже в таблице приведены элементы, которыми можно заменить LM358. По корпусу и распиновке они идентичны LM358. Но по электрическим параметрам они могут немного отличаться (в допустимых пределах) от оригинала.

Перед установкой подменных элементов рекомендуется свериться с даташит производителя.

Производители Аналоги

Импортные GL358, NE532, OP295, OP290, OP221, OPA2237, TA75358P, UPC1251C, UPC358C
Отечественные КР1040УД1, КР1053УД2, КР1401УД5

Описание более известных

Вспоминая те измерители, которые больше всего похожи на наш, нельзя ни в коем случае не сказать о ряде их особенностей, играющих ключевую роль в эксплуатации.

Итак, выделим следующие:

  1. Частотная компенсация, реализованная внутри;
  2. Большой коэффициент усиления постоянного напряжения: 100 Д.;
  3. Широкая полоса пропускания: (1,1 МГц.)(с температурным “возмещением”)
  4. Очень маленький электроток питания на каналах (практически не зависящий от мощности держания и электропитания);
  5. Небольшая величина начального тока смещения и U-я: 20 нА и 2 мВ;
  6. Масштаб и объем входящего “гравитационного” с напряжения включает отрицательные рельсы;
  7. Большое изменение выходного давления: от нуля Вольт до плюс-минус полтора.

Описание менее известных

Так называемые “дешевые аналоги” обладают такими характеристиками:

  1. Высокий коэффициент передачи сигнала на первичную фазу;
  2. Легкий вид интегральной схемы;
  3. Присутствие “неинвертирующих” и “инвертирующих” точек;
  4. Упрощение сложных математических модулей;
  5. Сопротивление на выводах равно нулю (бывают редкие исключения из правил).

LM358 цоколевка

Так как LM358 имеет в своем составе два операционных усилителя, у каждого по два входа и один выход (6 — выводов) и два контакта нужны для питания, то всего получается 8 контактов.

lm358_cokolevka

LM358 корпусируются как в корпуса для объемного монтажа (LM358N — DIP8), так и в корпуса для поверхностного монтажа (LM358D — SO8). Есть и металлокерамическое исполнение для особо тяжелых условий работы.
Я применял LM358 только для поверхностного монтажа – просто и удобно паять.

pattern2

Особенности включения

Существует много схем подключения операционного усилителя LM358 в зависимости от необходимых требований и выполняемых функций, которые будут к ним предъявлены при эксплуатации:

  • не инвертирующий усилитель;
  • преобразователь ток-напряжение;
  • преобразователь напряжение-ток;
  • дифференциальный усилитель с пропорциональным коэффициентом усиления без регулировки;
  • дифференциальный усилитель с интегральной схемой регулирования коэффициента;
  • схема контроля тока;
  • преобразователь напряжение-частота.

Схема не инвертирующего усилителя

Описание схемы:

  1. На плюсовой вход подается сигнал.
  2. К выходу операционного усилителя подключается два постоянных резистора R2 и R1, соединенных последовательно.
  3. Второй резистор соединен с общим проводом.
  4. Точка соединения резисторов подключается к минусовому входу.

Чтобы вычислить коэффициент усиления, необходимо воспользоваться простой формулой: k=1+R2/R1.

микросхема LM358

Если имеются данные о значении сопротивлений, входного напряжения, то нетрудно посчитать выходное: U(out)=U(in)*(1+R2/R1). При использовании микросхемы LM358 и резисторов R1=10 кОм и R2=1 МОм, коэффициент усиления окажется равен 101.

Схема мощного не инвертирующего усилителя

Элементы, который применены в конструкции не инвертирующего усилителя, и их параметры:

  1. В качестве микросхемы используется LM358.
  2. Значение сопротивления R1=910 kOm.
  3. R2=100 kOm.
  4. R3=91 kOm.

Для усиления сигнала применяется полупроводниковый биполярный транзистор VT1.

LM358 применение

По напряжению коэффициент усиления при условии использования таких элементов равен 10. Чтобы посчитать коэффициент усиления в общем случае, необходимо воспользоваться такой формулой: k=1+R1/R2. Для вычисления коэффициента по току всей схемы необходимо знать соответствующий параметр используемого транзистора.

Схема преобразователя напряжение-ток

Схема приведена на рисунке и немного похожа на ту, которая была описана в конструкции не инвертирующего усилителя. Но здесь добавлен биполярный транзистор. На выходе сила тока оказывается прямо пропорциональна напряжению на входе операционного усилителя.

LM358 цоколевка

И в то же время сила тока обратно пропорциональна сопротивлению резистора R1. Если описать это формулами, то выглядит следующим образом:

I=U(in)/R.

При величине сопротивления R1=1 Om, на каждый 1V напряжения, прикладываемого ко входу, на выходе будет 1А тока. Схема включения LM358 в режиме преобразователя напряжения в ток используется радиолюбителями для конструирования зарядных устройств.

Преобразователь ток — напряжение

ou_i2u
А эта схема нужна для преобразования малых токов в напряжение.
Uвых = I * R1, [В]= [А]*[Ом].
Например при R1 = 1 МОм, ток через 1 мкА, превратиться в напряжение 1В на выходе DA1.

Дифференциальный усилитель на LM358

Назначение данной схемы — усиление разности двух входящих сигналов, при этом каждый из них умножается на определенную постоянную величину.

Дифференциальный усилитель — это хорошо известная электрическая схема, применяемая для усиления разности напряжений 2-х сигналов, поступающих на его входы. В теоретической модели дифференциального усилителя величина выходного сигнала не зависит от величины каждого отдельного входного сигнала, а зависит строго от их разности.

Зарядное устройство на LM 358

С использованием ОУ LM 358 часто изготавливают зарядные устройства с высокой стабилизацией и контролем выходного напряжения. Как пример, можно рассмотреть зарядное устройство для Li — ion с питанием от USB . Эта схема представляет собой автоматический регулятор тока. То есть, при повышении напряжения на аккумуляторе зарядный ток падает. А при полном заряде АКБ схема прекращает работать, полностью закрывая транзистор.

Регулировка коэффициента усиления

В прошлой конструкции имеется один недостаток – нет возможности произвести регулировку коэффициента усиления. Причина – сложность реализации, ведь нужно использовать сразу два переменных резистора. Но если вдруг возникла необходимость проводить регулировку коэффициента, можно использовать схему конструкции на трех операционниках:

LM358 DataSheet. Как работать с ОУ LM358:

Здесь корректировка происходит при помощи переменного резистора R2. Обязательно нужно учесть, чтобы были выполнены такие равенства:

  1. R3=R1.
  2. R4=R5=R6=R7.

В этом случае k=(1+2*R1/R2).

Напряжение на выходе усилителя U(out)=(1+2*R1/R2)*(Uin1-Uin2).

Компаратор с гистерезисом

Допустим, что потенциал, поступающий на инвертирующий вход, плавно возрастает. При достижении его уровня чуть выше опорного (Vh -Vref), на выходе компаратора возникнет высокий логический уровень. Если после этого входной потенциал начнет медленно снижаться, то выход компаратора переключится на низкий логический уровень при значении немного ниже опорного (Vref – Vl). В данном примере разница между (Vh -Vref) и (Vref – Vl) будет значение гистерезиса.

Схема монитора тока

Еще одна схема, которая позволяет проводить измерение значения тока в питающем проводе. Она состоит из шунтирующего сопротивления R1, операционного усилителя LM358, транзистора npn-типа и двух резисторов. Характеристики элементов:

  • микросхема DA1 – LM358;
  • сопротивление резистора R=0,1 Ом;
  • значение сопротивления R2=100 Ом;
  • R3=1 кОм.

Напряжение питания ОУ должно быть минимум на 2 В больше, нежели у нагрузки. Это обязательное условие функционирования схемы.

Схема преобразователя напряжения в частоту

Этот прибор потребуется в том случае, когда возникнет необходимость в подсчете периода или частоты какого-либо сигнала.

Схема применяется в качестве аналогово-цифрового конвертера. Параметры элементов, используемых в конструкции:

  • DA1 – LM358;
  • C1 – 0,047 мкФ;
  • R1=R6=100 кОм;
  • R2=50 кОм;
  • R3=R4=R5=51 кОм;
  • R6=100 кОм;
  • R7=10 кОм.

Это все конструкции, которые могут быть построены с использованием операционного усилителя. Но область применения LM358 на этом не ограничивается, существует большое количество схем намного сложнее, позволяющих реализовать различные возможности.

Рабочие условия

VCC = ±15 V, TA = 25°C

Параметр Условия TYP Ед. изм.
SR Скорость нарастания при единичном усилении RL = 1 МОм, CL = 30 пФ, VI = ±10 В (см. Рис. 3) 0.3 В/мкс
B1 Ширина полосы при единичном усилении RL = 1 MОм, CL = 20 пФ (см. Рис. 3) 0.7 МГц
Vn Эквивалентное напряжение шумов, приведенное ко входу RS = 100 Ом, VI = 0 В, f = 1 кГц (см. Рис. 4) 40 нВ/vГц

Достоинства и применение LM358

Операционный усилитель имеет ряд достоинств, о которых нужно сказать. Итак, данное устройство обладает высокой чувствительностью, отличной компактностью и прекрасной надежностью. Кроме того, оно универсально в использовании, ведь не включает в свою систему сложных узлов, выступающих в качестве помех.

Как мы говорили ранее, наш прибор функционирует и при двухполярном процессе, и при однополярным, это объясняется высокой скоростью и максимально-возможной частотой испускания сигнала.

Вследствие наличия таких качественных и эффективных свойств, LM358 находит широкое применение в жизни людей. Его используют в:

  1. Приставках, вертушках и DVD плейерах;
  2. Самодельных кинопанорамах;
  3. Измерителях и счетчиках газа;
  4. Простых проигрывателях;
  5. Дигитальных узлах и установках;
  6. Мультимедийных системах;
  7. Полевых передатчиках;
  8. Электродвигательных установках;
  9. Двигателях и генераторах;
  10. Датчиках термометра;
  11. Весах.

Где приобрести LM358?

Как вы уже поняли, операционный усилитель широко применятся в быту. Возможно, кому-то из вас так же понадобится данное устройство, и вы зададитесь вопросом: “А где же его купить?”. Так вот, найти электроприбор не составит никакого труда. Достаточно перейти на сайт алиэкспресс, где большой выбор и приемлемая цена. Там вы обязательно найдете наш электрический прибор или его аналоги. Ссылка на товар <<<

Источники

  • https://instrument.guru/elektronika/kak-rabotat-s-ou-lm358-shemy-vklyucheniya-i-prakticheskoe-primenenie.html
  • https://www.RusElectronic.com/lm358/
  • https://el-come.ru/praktika/komparator-s-gisterezisom-na-lm358.html
  • https://radio-blog.ru/master/mikroshema-lm358-datasheet-na-russkom-primenenie-analogi-naznachenie-vyvodov/
  • https://radiosvod.ru/mikroshema/lm358
  • http://HardElectronics.ru/lm358.html
  • https://www.syl.ru/article/357018/operatsionnyiy-usilitel-lm-shema-vklyucheniya-analog-datasheet

[свернуть]
Adblock
detector