LM358 是一種雙運(yùn)算放大器，常被用于穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)中。本文將詳細(xì)講解 LM358 穩(wěn)壓電路的工作原理、設(shè)計(jì)方法、參數(shù)計(jì)算、應(yīng)用場(chǎng)景、常見(jiàn)故障及其解決方法。我們將深入探討其在不同穩(wěn)壓需求中的表現(xiàn)，并對(duì)其在穩(wěn)壓電路中的結(jié)構(gòu)、參數(shù)調(diào)整以及實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1. LM358 運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

LM358 是一種低功耗、雙通道運(yùn)算放大器芯片，具備較高的輸入阻抗和低功耗特點(diǎn)。其電壓增益可達(dá) 100dB，并且擁有 0-32V 的供電范圍，常用于低功耗和低電壓要求的電路設(shè)計(jì)中。LM358 還具有輸入共模電壓接地的能力，這使得它在單電源供電的應(yīng)用中非常方便。

特性

• 雙運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)，兩個(gè)放大器共用一個(gè)芯片

• 輸入共模電壓范圍較廣

• 低功耗，非常適合電池供電的便攜設(shè)備

• 輸出可接近零電壓，在單電源供電時(shí)也能達(dá)到良好的性能

2. LM358 穩(wěn)壓電路的工作原理

LM358 在穩(wěn)壓電路中主要起到檢測(cè)輸出電壓、調(diào)節(jié)反饋信號(hào)的作用，從而控制輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。常見(jiàn)的 LM358 穩(wěn)壓電路包括恒壓穩(wěn)壓電路和恒流穩(wěn)壓電路。

恒壓穩(wěn)壓電路

在恒壓穩(wěn)壓電路中，LM358 通過(guò)對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，將反饋信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器的同相輸入端。當(dāng)輸出電壓由于負(fù)載變化而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，反饋信號(hào)將會(huì)與基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)節(jié)電壓，來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。整個(gè)反饋過(guò)程快速而精確，能有效地抑制負(fù)載波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響。

恒流穩(wěn)壓電路

恒流穩(wěn)壓電路主要用于需要恒定電流源的場(chǎng)合。通過(guò)在電流路徑上串聯(lián)檢測(cè)電阻，LM358 監(jiān)測(cè)電流變化，并將其與設(shè)定的基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較。若電流超過(guò)設(shè)定值，LM358 會(huì)調(diào)整輸出，從而控制電流保持恒定。

3. LM358 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方法

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出的穩(wěn)壓電路，需要選擇合適的分壓電阻、反饋電阻和基準(zhǔn)電壓。以下是設(shè)計(jì)步驟：

（1）確定輸出電壓

首先確定穩(wěn)壓電路的目標(biāo)輸出電壓。通常采用基準(zhǔn)電壓源，如 1.25V 或 2.5V 的基準(zhǔn)電壓二極管，配合電阻分壓網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生所需的輸出電壓。輸出電壓公式為：$V_{ ext{out}} = V_{ ext{ref}} imes (1 + frac{R_2}{R_1})$Vout=Vref×(1+R1R2)

（2）選擇反饋電阻

反饋電阻的選擇會(huì)影響到穩(wěn)壓電路的精度與穩(wěn)定性。通常需要根據(jù)實(shí)際的輸出電壓和電流需求來(lái)確定反饋電阻的值，確保電路在各種負(fù)載條件下都能正常工作。

（3）設(shè)置基準(zhǔn)電壓

基準(zhǔn)電壓通常可以使用穩(wěn)壓二極管、TL431 等參考源。LM358 的輸入阻抗較高，可以有效地檢測(cè)基準(zhǔn)電壓，并將其與輸出電壓進(jìn)行比較。

（4）增加補(bǔ)償電容

在一些高頻干擾較大的環(huán)境中，可以在反饋電阻上并聯(lián)小電容，以增加電路的抗干擾能力，從而提高穩(wěn)壓性能。常用的電容值在幾十納法到幾微法之間。

4. LM358 穩(wěn)壓電路的參數(shù)計(jì)算

在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路時(shí)，準(zhǔn)確計(jì)算反饋電阻、基準(zhǔn)電壓和輸入電容非常重要。以下是參數(shù)計(jì)算方法：

輸出電壓計(jì)算

假設(shè)使用 1.25V 的基準(zhǔn)電壓，設(shè)計(jì)目標(biāo)輸出電壓為 5V。選擇反饋電阻$R_1 = 1kOmega$R1=1kΩ 和$R_2 = 3kOmega$R2=3kΩ，則輸出電壓為：$V_{ ext{out}} = 1.25 imes (1 + frac{3}{1}) = 5V$Vout=1.25×(1+13)=5V

電流檢測(cè)電阻計(jì)算

若需設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源，則需根據(jù)期望的恒定電流值$I_{ ext{out}}$Iout 選擇電流檢測(cè)電阻$R_s$Rs。假設(shè)希望輸出電流為 100mA，基準(zhǔn)電壓為 1.25V，則電流檢測(cè)電阻的值為：$R_s = frac{V_{ ext{ref}}}{I_{ ext{out}}} = frac{1.25V}{0.1A} = 12.5Omega$Rs=IoutVref=0.1A1.25V=12.5Ω

5. LM358 穩(wěn)壓電路的應(yīng)用場(chǎng)景

LM358 在許多應(yīng)用場(chǎng)景中都可以用作穩(wěn)壓控制器，例如：

（1）小型電源的穩(wěn)壓電路

LM358 低功耗的特點(diǎn)使其非常適合用于小型電源的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)。例如，用于電池供電的低功耗設(shè)備中，通過(guò) LM358 可以設(shè)計(jì)出一個(gè)輸出穩(wěn)定的直流電源。

（2）LED 恒流驅(qū)動(dòng)

在 LED 照明設(shè)備中，LM358 可用于設(shè)計(jì) LED 恒流驅(qū)動(dòng)電路。恒流驅(qū)動(dòng)可以確保 LED 的亮度穩(wěn)定，延長(zhǎng)其使用壽命。

（3）電池充電管理

LM358 可用于電池充電管理，特別是在簡(jiǎn)單的恒壓充電場(chǎng)景中。通過(guò)控制充電電流和電壓，確保電池充電的安全性和穩(wěn)定性。

6. LM358 穩(wěn)壓電路的常見(jiàn)故障及解決方法

（1）輸出電壓不穩(wěn)定

原因可能是反饋電阻選擇不當(dāng)，或者補(bǔ)償電容值不合適?？梢灾匦抡{(diào)整反饋電阻值，或者增加小電容以提高電路的抗干擾能力。

（2）電流波動(dòng)較大

電流波動(dòng)通常是由于輸入電壓不穩(wěn)定或電流檢測(cè)電阻選擇不當(dāng)造成的?？梢赃x擇更穩(wěn)定的電源，或者使用精度更高的電阻。

（3）電路工作溫度較高

LM358 的輸出功率較小，但如果驅(qū)動(dòng)較大負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的發(fā)熱?？梢栽谳敵龆嗽黾由崞?，或者降低輸出電流以減少功耗。

7. LM358 穩(wěn)壓電路的優(yōu)化建議

（1）增加保護(hù)電路

在輸入端增加 TVS（二極管）保護(hù)，可以有效防止電源電壓的突升對(duì) LM358 的損害。

（2）提高反饋電阻的精度

選擇 1% 精度的金屬膜電阻，降低電阻的溫漂，提高電路的穩(wěn)定性。

（3）降低功耗

LM358 本身的功耗較低，但在某些便攜式設(shè)備中對(duì)功耗有嚴(yán)格要求?？梢赃x擇工作在低頻的電容，進(jìn)一步降低整體功耗。

8. 結(jié)論

LM358 運(yùn)算放大器穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，適用于多種穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)精確計(jì)算反饋電阻、合適的電流檢測(cè)元件及合理的基準(zhǔn)電壓設(shè)置，可以有效提高穩(wěn)壓電路的效率和精度。對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景，可以靈活調(diào)整參數(shù)，使 LM358 穩(wěn)壓電路滿足多樣化的應(yīng)用需求。