什么是LM358運算放大器？LM358引腳圖及功能詳解，幾 ...

科技閻羅君

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今天是 LM358 運算放大器 ，主要是以下幾個方面：

• 1、什么是 LM358?
  
• 2、LM358 引腳圖及功能
  
• 3、LM358 CAD 模型
  
• 4、LM358 工作原理
  
• 5、LM358 特性參數(shù)
  
• 6、LM358 經(jīng)典典型電路
  

一、什么是 LM358?

LM358 運算放大器屬于一種低功率雙運算放大器，由兩個獨立的高增益內(nèi)部頻率補償運算放大器組成，專門設(shè)計用于在寬電壓范圍內(nèi)由單電源供電。
LM358 運算放大器具有低功耗、共模輸入電壓范圍擴展到地/VEE以及單電源或雙電源操作。與單電源應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)運算放大器類型相比，它具有幾個明顯的優(yōu)勢。
該放大器可在低至 3.0 V 或高達 32 V 的電源電壓下工作。共模輸入范圍包括負電源，因此在許多應(yīng)用中無需使用外部偏置組件。輸出電壓范圍還包括負電源電壓。

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LM358 運算放大器實物圖

二、 LM358 引腳圖及功能

LM 358 共有 8 個引腳，每個引腳具有不同的單獨功能，下面為 LM 358引腳圖及功能。

• 引腳 1 和引腳 8 是比較器的輸出。
  
• 引腳 2 和引腳 6 為反相輸入。
  
• 引腳 3 和引腳 5 是同相輸入。
  
• 引腳 4 是 GND 端子。
  
• 引腳 8 是 VCC+。
  

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LM358 引腳圖及功能

運算放大器：

運算放大器，或簡稱運算放大器，本質(zhì)上是一種直流耦合高增益電壓放大設(shè)備，它們非常適合用于信號調(diào)理、直流放大、濾波，并可與外部反饋組件（如其輸出之間的電容和電阻器）一起使用輸入端子。
運算放大器根據(jù)其反饋配置執(zhí)行不同的功能，無論是電阻式、電容式還是兩者兼而有之，在此基礎(chǔ)上，它可以使用差分放大器、積分器或加法器。
同相輸入：

運算放大器的同相輸入在LM358的電路圖上用“+”號標(biāo)記，同相輸入為3 引腳。發(fā)現(xiàn)正電壓施加到同相輸入，然后它不會發(fā)生變化，它將在輸出端產(chǎn)生正擺動。
如果將變化的波形（例如正弦波）應(yīng)用于非反相輸入（例如 LM358 中的引腳 3），那么它將以相同的方式出現(xiàn)在輸出端，它沒有被倒置。
反相輸入：

運算放大器的反相輸入在 LM358 的電路圖中用“-”號標(biāo)記，反相輸入為 2 號引腳。
當(dāng)在反相輸入端施加正電壓時，將產(chǎn)生負電壓擺幅。因此，對反相輸入應(yīng)用正弦波，將在輸出端出現(xiàn)反相。

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LM358 引腳圖及功能

三、 LM358 CAD 模型

1、 LM358 電路符號圖

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LM358 電路符號圖

2、 LM358 封裝尺寸圖

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LM358 封裝尺寸圖

3、 LM358 3D 模型

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LM358 3D 模型

四、LM358 IC 工作原理

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LM358 引腳圖

這里設(shè)計了一個 LM358 的 Proteus 模擬，可以讓你更好地了解 LM358 IC 的工作原理。在這個模擬中，根據(jù) LDR 值設(shè)計了一個小型自動 LED 開關(guān)電路。圖像如下圖所示：

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LM358 IC 工作原理

你可以在上圖中看到，我將 LDR 連接在輸入引腳上，而 LED 連接在 LM358 的輸出引腳上。
現(xiàn)在，當(dāng) LDR 變暗時，LED 將保持關(guān)閉狀態(tài)，但當(dāng) LDR 亮起時，LED 也會亮起。
可變電阻用于靈敏度目，在下圖中，顯示了它的 ON 狀態(tài)：

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LM358 IC 工作原理

你可以在上圖中看到現(xiàn)在 LED 亮起，因為 LDR 亮著。
五、 LM358 特性參數(shù)

• 在單個封裝中集成兩個運算放大器
  
• 寬電源范圍
  
• 單電源 - 3V 至 32V
  
• 雙電源 – ±1.5V 至 ±16V
  
• 輸入差分電壓范圍 ±32
  
• 低電源電流 – 700uA
  
• 輸入共模電壓范圍 -0.3 至 32
  
• 兩個運算放大器的單電源可實現(xiàn)可靠運行
  
• 結(jié)溫 150?C
  
• 工作環(huán)境溫度 – 0?C 至 70?C
  
• 儲存溫度范圍 - 65?C 至 150?C
  
• 焊針溫度 – 260 ?C（10 秒 – 規(guī)定）
  
• 短路保護輸出
  
• 可用封裝：TO-99、CDIP、DSBGA、SOIC、PDIP、DSBGA
  

六、LM358 經(jīng)典典型電路

1、使用LM358的簡單震動報警電路

• 使用 LM358的震動報警電路設(shè)計簡單，在家用汽車上有很多應(yīng)用。
  
• 該電路的主要應(yīng)用是作為汽車的防盜報警器。在此電路中，壓電傳感器用作震動傳感器，必須安裝在你必須保護的門上。
  

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LM358的簡單震動報警電路

圖中所示 LM358 接在反相施密特觸發(fā)器上。端口 R1 設(shè)置電路的閾值電壓。R1 用作反饋電阻。
當(dāng)壓電傳感器未激活時，壓電傳感器的輸出將為低電平，IC 的輸出也為低電平，因此傳感器的輸出為高電平并作為施密特觸發(fā)器激活。然后它會發(fā)出蜂鳴聲。
即使振動已分離，蜂鳴器仍會發(fā)出一段時間的蜂鳴聲。這是因為，當(dāng)LM358 IC被觸發(fā)時，反相輸入影響不大，狀態(tài)不容易反相。因此，將傳感器牢固地固定在表面上，無論你將其放置在何處，并且將傳感器放置在門把手附近總是好的。
所以這里這個圖必須使用 3V電池作為電源，調(diào)節(jié)R2 寄存器以獲得必要的靈敏度。
2、 LM358 的紅外接近傳感器

1）元器件清單

• LM358
  
• 10K歐姆電阻
  
• 220歐姆電阻
  
• 紅外發(fā)射器 LED
  
• 紅外接收器 LED
  
• 彩色 LED
  
• 電池 5V
  
• 10K 歐姆可變電阻
  

紅外燈：
IR LED 是固體閃電設(shè)備，通電時會發(fā)出某種形式的電磁輻射。IR LED 發(fā)出的光比可見光長。使用的紅外光電二極管必須能夠檢測到紅外 LED 發(fā)出的特定波長的 INFRA RED，這一點非常重要。
紅外光電二極管：
它是一種特殊類型的二極管，它在暴露于光線時會產(chǎn)生電流，它以反向偏置連接以進行紅外線檢測。在沒有紅外輻射的情況下，當(dāng)光線沒有落在它上面時，它具有非常高的電阻和少量電流流過它，稱為暗電流。但是當(dāng)紅外線落在它上面時，會產(chǎn)生更多的電荷載流子，并且它的電阻會降低，并且電流開始流動，該電流與落在光電二極管上的輻射強度成正比。在接近傳感器中，光電二極管使用此機制來生成電信號。

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LM358 的紅外接近傳感器

2）工作原理：
接近傳感器遵循的原理非常簡單。IR LED 和光電二極管相互并聯(lián)，用作發(fā)射器和接收器。光電二極管以反向偏置連接。當(dāng)障礙物出現(xiàn)在發(fā)射器射線的前面時，發(fā)射器射線是 IR LED 發(fā)射器，當(dāng)該光被反射回來時，它被充當(dāng)接收器的光電二極管攔截。反射的光線會降低光電二極管的電阻，因此會產(chǎn)生大的電荷載流子并產(chǎn)生電信號。
這個信號實際上是10k電阻上的電壓，這是電位器，我們可以通過調(diào)整這個電壓來調(diào)整這個電壓，距離也會有所不同。它直接饋送到運算放大器的同相端。運算放大器的功能是比較在引腳 2 和引腳 3 上給它的兩個輸入。
來自光電二極管的信號被提供給連接 10k 電阻的同相引腳（引腳 3）和閾值電壓從電位器到可調(diào)節(jié)的反相引腳（引腳 2）。如果非反相引腳 2 上的電壓大于反相引腳上的電壓，則表示光沒有落在光電二極管上，則運算放大器輸出為高電平，否則輸出為低電平。
數(shù)字輸出為高電平或低電平。避障機器人或線跟隨機器人使用接近傳感器的數(shù)字輸出信號來停止機器人的運動或改變機器人的方向。一旦障礙物足夠近，信號就可以通過H橋電路直接饋送到電機的輸入引腳來驅(qū)動電機。
模擬輸出是從零到某個有限值的連續(xù)值范圍。電機驅(qū)動器或其他開關(guān)器件不能直接使用模擬信號。首先，它們需要由微控制器處理，并通過 ADC 和一些編碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。這種輸出形式需要一個額外的微控制器，但無需使用運算放大器。
比較器的工作模式很簡單：
如果 Vin > Vref，則 Vout = Vcc，
參考電壓設(shè)置在 2 號引腳，如果 Vin < Vref，則 Vout = 0，因為我們將引腳接地。
值得一提的是，此時輸出電壓將約等于電源電壓Vout~Vcc。
鑒于這些情況，我們將 IR 接收器輸出連接到非反向輸入（正）意味著我們將 IR 接收器連接到 LM-358 的輸入引腳 2。最初我們說當(dāng)光電二極管不捕獲紅外輻射時，我們將有大約 0.56V 的電壓輸出。
因此，我們必須首先給出高于 0.56V 電壓的 Vref。在這里，我們將使用電位器將高于 0.56V 的值設(shè)置到引腳 Vref。在這種情況下，在狀態(tài) 0 中，我們有 Vin < Vref 且 Vout = 0，因此 LED 將關(guān)閉。
當(dāng)接收器將捕獲輻射時，它將允許更高的電流通過，該電流將超過 Vref，我們將有 Vin> Vref 并且 Vout = Vcc，大約 9V。
3、使用 LM-358 的太陽能跟蹤器

1）元器件清單

組件名稱	數(shù)量
LM-358	1
BC-547	2
BC-557	2
1 KΩ 電阻	2
10 KΩ 電阻	2
直流電機	1
電位 50 KΩ	1
LDR	2
電池 9-12V	1

BC547 晶體管
本項目使用了兩個 BC547 晶體管。BC547 是 NPN 雙極結(jié)型晶體管。這通常用作開關(guān)和放大器。我們在這個電路中使用了 BC547 作為開關(guān)。在基極施加的電流越小，它可以控制在集電極和發(fā)射極的電流越大。
BC557 晶體管
BC547 是 PNP 雙極結(jié)型晶體管，通常用作開關(guān)和放大器。當(dāng)在基極上施加接地（0）電壓時，集電極和發(fā)射極將關(guān)閉（正向偏置），當(dāng)在基極上施加正電壓時，集電極和發(fā)射極將打開（反向偏置）。
LDR（光敏電阻）
LDR 或光相關(guān)電阻是可變電阻，它也被稱為光敏電阻。這些 LDR、光敏電阻或光敏電阻的工作原理是“光導(dǎo)”。LDR 電阻的變化取決于落在 LDR 表面上的光強度。當(dāng)光落在 LDR 的表面上時，LDR 的電阻會降低并增加元件的電導(dǎo)率。當(dāng)沒有光落在 LDR 的表面上時，LDR 的電阻很高，從而降低了元件的電導(dǎo)率。

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使用 LM-358 的太陽能跟蹤器

2）接線說明
LDR1 與 R1（10K） 串聯(lián)，會改變電壓。 LDR1和R1 的 連接點是同相引腳LM358的輸入， LM358與LM358 IC的第 3腳 相連，后者是 第一個運算放大器的輸入。
同樣， LDR2 與 R2（10K） 串聯(lián)。LDR2 和 R2的 連接點 是 LDR2 的 輸出端，連接到 LM358 IC 的引腳 5 。引腳 5 是 第二個運放的 LM358 IC 的同相輸入端 。
10K 可變電阻器( RV1) 固定端子 1 連接到 Vcc ， 固定端子 2 連接到 地?？勺冸娮杵?(RV1)的 可變端子 連接到 IC 引腳 2 和 6。引腳 2 和 6 分別是 IC 的 Op-Amp 1 和 Op-Amp 2的反相輸入端 。
運算放大器 1 輸出引腳 （IC 引腳 1）連接到晶體管 Q1 和 Q3的 基極端子，而 運算放大器 2 輸出引腳 （IC 引腳 7）連接到晶體管 Q2 和 Q4的基極端子.
晶體管（BC547） Q1、Q2集電極端接 Vcc，晶體管（BC557） Q3、Q4 集電極端接 地。
三極管Q1、Q3的 發(fā)射極 均 短接 ， 通過二極管D1、D3 的連接點 與電機端相連。三極管Q2和Q4的 發(fā)射極 均 短接 ， 通過二極管D2和D4 的連接點 與電機端相連。
3）工作原理
LM358 是控制整個系統(tǒng)的主控制器，這里它作為電壓比較器工作。當(dāng)同相輸入端（+）處的電壓大于反相輸入端（-）處的電壓時，電壓比較器的輸出將為高電平。
當(dāng)沒有光落在 LDR 表面時，它的電阻很高，那么所有電壓都分配在 LDR 上，輸出為低電平（接地）。當(dāng)光線落在 LDR 表面時，它的電阻很低，那么所有電壓都分配在電阻上，輸出為高電平 (VCC)。
可變電阻用于設(shè)置運算放大器 1 和運算放大器 2 的反相 (-) 端的參考電壓。
晶體管 BC547 和 BC557 形成一個 H 橋，用于控制電機方向。
當(dāng)光照在 LDR 上增加時，LDR 的輸出電壓也在增加。因此，同相 (+) 端的電壓也會增加，當(dāng)該電壓大于參考電壓時，運算放大器的輸出變?yōu)楦唠娖健?br />

輸入 A	輸入 B	輸出
0	0	停止
0	1	順時針
1	0	逆時針
1	1	停止

• 互補對稱晶體管 BC547 和 BC557 形成 H 橋，借助它我們控制電機旋轉(zhuǎn)。
  
• 考慮第一個比較器的輸出為高而第二個比較器的輸出為低的情況。
  
• 當(dāng) Q1 和 Q4 開啟時，電機將順時針方向旋轉(zhuǎn)。
  
• 考慮第一個比較器的輸出為低而第二個比較器的輸出為高的情況。
  
• 當(dāng)晶體管 Q2 和 Q3 開啟時，電機將逆時針旋轉(zhuǎn)。
  
• 如果兩個比較器的輸出均為低電平，則晶體管 Q3 和 Q4 導(dǎo)通，但沒有電流流過電機。
  
• 同樣，如果兩個比較器的輸出都為高電平，晶體管 Q1 和 Q2 將開啟，但沒有電流流過電機。
  

4、使用 LM358的電池監(jiān)控電路

電池電量指示電路使用雙運放 IC LM358 監(jiān)控 12V 電池的低、正常和滿電平。

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使用 LM358的電池監(jiān)控電路

1）元器件清單

• 電阻: (1/4 Wаtt?)
  
• R1 – 10K
  
• R2 – 10K
  
• R3 – 10K (電位器)
  
• R4 – 10K (電位器)
  
• R5 – 1.5K
  
• R6 – 1.5K
  
• R7 – 1K
  
• R8 – 1.5K
  
• R9 – 1.5K
  
• LM358 IC
  
• LED?：紅色、綠色、黃色
  
• 100mA 保險絲
  
• 12V 電池
  

2）電路說明
電路監(jiān)控 12V 電池電壓，將顯示電池的充電水平，指示低電壓、正常電壓和滿電壓。電位器在紅色/黃色/綠色 LED? 時調(diào)整 指示。例如，紅色 LED 在 11V 時亮起，綠色 LED 在 12V 時亮起。黃色 LED 在這些值之間重新打開。該項目也可用于監(jiān)控 4v、6v、24v 等，只需稍作修改。
5、帶有 LM358 的光電二極管

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帶有 LM358 的光電二極管

1）元器件清單

• LM358
  
• 光電二極管
  
• 10K電位器
  
• 10K電阻
  
• 晶體管BC547
  
• 引領(lǐng)
  

2）電路描述
10K 電阻與光電二極管串聯(lián)，光電二極管的輸出提供給 LM-358 的 3 號引腳。在這個項目中，當(dāng)輻射落在光電二極管上時，LED 將打開和關(guān)閉。電位器連接在引腳 2 上，用作參考電壓。運算放大器的輸出在 BC547 的基礎(chǔ)上給出。集電極與發(fā)光二極管相連，發(fā)射極與地相連。
6、其他應(yīng)用

• 傳感器放大器
  
• 傳統(tǒng)運算放大器電路
  
• 積分器、微分器、加法器、加法器、電壓跟隨器等，
  
• 直流增益模塊、數(shù)字萬用表、示波器
  
• 比較器（回路控制和調(diào)節(jié)）
  
• 有源濾波器
  
• 通用信號調(diào)理和放大
  
• 4 至 20mA 電流環(huán)路發(fā)送器
  

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