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LM358运算放大器:从功能到典型应用全解

2024-06-03 10:15 7,690

LM358是一款双运算放大器,其内部包含两个完全独立的、高增益且具有内置频率补偿的放大器单元。这款芯片不仅适用于广泛的单电源电压范围,同时也支持使用双电源模式工作。在规定的理想工作条件下,它的电源电流保持稳定,不受电压波动的影响。LM358非常适合应用于传感器信号放大、直流增益电路构建,以及其他任何需要采用单一电源供电的运算放大器场景。

LM358电路功能与应用

运算放大器LM358是一款双通道的集成运算放大器,具有以下主要电路功能和应用:

  1. 双通道设计:LM358包含两个独立的高增益运算放大器单元,每个都可以单独使用,适合需要多个放大级的电路设计。

  2. 高增益:LM358的每个运算放大器单元都具有很高的开环电压增益,通常在100,000倍以上,这使得它非常适合用作信号放大。

  3. 低功耗:该芯片设计用于低功耗应用,适合电池供电设备或对功耗有严格限制的系统。

  4. 低输入偏置电流:LM358的输入偏置电流较低,这意味着它在处理高阻抗信号源时能减少误差,提高测量精度。

  5. 宽电源电压范围:它能在单电源或双电源供电下工作,电源电压范围宽泛,适用于多种不同的电源配置。

  6. 共模抑制比高:高共模抑制比(CMRR)意味着LM358能够有效抑制共模噪声,这对于在嘈杂环境中提取有用信号非常关键。

  7. 宽频带宽:适合处理各种频率的模拟信号,包括音频和其他中低频信号。

  8. 灵活的封装:通常采用SOP-8封装形式,便于PCB布局和小型化设计。

典型应用

  • 音频放大器:用于小信号放大,如在简单的音频放大电路中。

  • 工业控制:作为信号调理组件,用于信号放大、滤波或电平转换。

  • 传感器接口:与温度传感器、光线传感器、压力传感器等配合,进行信号放大和处理。

  • 电压比较器:通过适当配置,LM358也可用作电压比较器,用于阈值检测或开关控制。

  • 滤波器设计:构建有源滤波器,如低通、高通或带通滤波器。

  • 直流增益模块:用于信号的直流放大,保持信号的直流分量不变。

电路组成

如图所示为由运算放大器LM358制成的声控延时开关电路,主要由电源电路、拾音电路、音频信号处理电路、驱动电路、控制电路等组成。

电源电路由220V电源、开关S、电阻器R1、降压电容器C1、整流二极管VD1、稳压二极管VD2、滤波电容器C2组成。

声音信号拾音电路由可调电位器RP、电阻器RI和传声器B组成。

音频信号处理电路由LM358、电阻器R4~R、电容器C3、C4、二极管VD3~VD5组成。

驱动电路由电阻器R8~R9、晶体管VTI、VT2组成。

控制电路由电磁继电器K、二极管VD6组成。

运算放大器LM358制成的声控延时开关电路

工作原理

运算放大器LM358制成的声控延时开关电路,接通220V交流电源电压后,经降压电容C1降压、整流二极管VDI整流、稳压二极管VD2稳压、滤波电容C2滤波,在C2上得到6V上下左右的低压直流电源,供以LM358为核心的声控开关电路使用。图中LM358 内部的运算放大器a设计为放大器,运算放大器b设计为电压比较器。 

 

LM358 内部工作原理

 

(1)声控延时开关在无声环境下,传声器B处于静态工作状态,集成电路LM358的3脚无音频信号(交流信号)输入,LM358内部运算放大器a不能被触发工作,1脚无交流信号输出,无信号经电容C3、二极管VD4送至LM358的6脚。电压比较器b的反向输入端经电阻R4接地并偏置为低电压,而电压比较器b的同向输入端经电阻R7、二极管VD5偏置为0.7V,故控制LM358的7脚输出高电压。经电阻R8加到三极管VT1上正偏置电压,使VT1处于饱和导通状态。三极管VT2因无偏置电压截止,电磁继电器K不动作,接触开关K-1截止,灯泡H不亮。

(2)当有声音时,话筒B将声音信号转换成音频电信号,经R1送至集成电路LM358的3脚进入运算放大器a的正向输入端,经运算放大器a放大后,音频交流信号从LM358的1脚输出,经C4、VD3、VD4、C3组成的倍压整流电路后变成高电压信号,经LM358C的6脚送至电压比较器b的反向输入端。由于R7、VD5的分压经LM358C的5脚给电压比较器b的同向输入端提供了仅为0.7V的偏置电压,所以比较器b的输出端经LM358的7脚输出低电压。三极管VTI因无偏置电压而截止,三极管VT2因电阻R9、R10的正偏置而导通电流,电磁继电器K得电,使开关K-2闭合,灯泡H点亮。

另外,适当选择电容C3和电阻R4的数值,可以保持LM358第六脚输入端高压一段时间,从而可以控制和延长灯泡的点亮时间。电容C3的容量越大,电阻R4的阻值越大,延时时间越长。

如果在楼梯上安装声控延时开关,人走上楼梯后,灯就可以自动关闭。

后期调试

图中声控延时开关制作完成后,还需对可调电位器RP进行实验性调节,调节方法是:在声音强度正常的情况下,声控延时开关不动作;当有较大声音时,声控延时开关动作,反复调节,即可使两种情况达到平衡。

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