TI LM358DR 雙路運(yùn)算放大器詳細(xì)介紹

概述

LM358DR 是德州儀器（Texas Instruments）推出的一款雙路運(yùn)算放大器，其設(shè)計(jì)適用于單電源供電和寬電源電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)景。這款芯片具有低功耗、高增益、低失真等特點(diǎn)，同時(shí)在價(jià)格和性能之間取得了良好的平衡，被廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)處理、傳感器信號(hào)調(diào)理、電源管理等領(lǐng)域。

基本參數(shù)

1. 供電電壓范圍：LM358DR 支持 3V 至 32V 的單電源供電或 ±1.5V 至 ±16V 的雙電源供電。

2. 靜態(tài)電流：典型靜態(tài)電流為 0.7 mA，非常適合低功耗設(shè)計(jì)。

3. 輸入偏置電流：典型值為 20 nA，適合高阻抗電路。

4. 開環(huán)增益：典型值為 100 dB，確保了高精度信號(hào)放大。

5. 單位增益帶寬：1 MHz，適合大多數(shù)中低頻信號(hào)處理應(yīng)用。

6. 輸出擺幅：輸出接近地電位，可以與低電平信號(hào)接口。

7. 封裝類型：LM358DR 使用 SOIC-8 封裝，適合小型化電路設(shè)計(jì)。

工作原理

LM358DR 內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器，這些放大器共享一個(gè)供電引腳和地引腳。每個(gè)放大器的核心部分由輸入級(jí)差分放大電路、增益級(jí)放大電路和輸出級(jí)組成。

1. 輸入級(jí)：輸入級(jí)采用差分放大器結(jié)構(gòu)，用于處理輸入信號(hào)的差分電壓，并將其轉(zhuǎn)換為內(nèi)部信號(hào)。差分輸入允許運(yùn)放具有較高的共模抑制比（CMRR）。

2. 增益級(jí)：增益級(jí)放大輸入信號(hào)，并確定了運(yùn)放的開環(huán)增益。通過(guò)內(nèi)部設(shè)計(jì)，LM358DR 在整個(gè)電源范圍內(nèi)保持了穩(wěn)定的增益特性。

3. 輸出級(jí)：輸出級(jí)采用推挽結(jié)構(gòu)，能夠提供足夠的輸出電流，同時(shí)降低了輸出阻抗，從而支持較大的負(fù)載。

主要特點(diǎn)

1. 低功耗：LM358DR 的低靜態(tài)電流特性非常適合電池供電設(shè)備，如便攜式儀器和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)。

2. 寬電源范圍：支持寬電壓供電，能適應(yīng)多種電源設(shè)計(jì)需求。

3. 高增益：在低頻范圍內(nèi)提供高達(dá) 100 dB 的增益，適合高精度信號(hào)處理。

4. 寬輸入共模范圍：輸入電壓范圍可以擴(kuò)展至接近地電位，使得設(shè)計(jì)更加靈活。

5. 雙通道：一個(gè)芯片內(nèi)包含兩個(gè)運(yùn)算放大器，適合雙路信號(hào)處理場(chǎng)景，減少了PCB面積和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。

6. 溫度穩(wěn)定性：在 ?40℃ 至 85℃ 的寬溫度范圍內(nèi)，性能保持穩(wěn)定，適合工業(yè)級(jí)應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

1. 傳感器信號(hào)調(diào)理LM358DR 通常用于溫度傳感器、壓力傳感器和光電傳感器的信號(hào)放大和濾波。例如，在熱電偶信號(hào)調(diào)理中，LM358DR 提供高增益和低偏移的信號(hào)處理能力，確保小信號(hào)能夠被有效放大并傳輸?shù)胶罄m(xù)電路。

2. 濾波電路在主動(dòng)濾波器中，LM358DR 可以充當(dāng)?shù)屯?、高通或帶通濾波器的核心組件。其低偏置電流和高輸入阻抗確保了信號(hào)的高保真處理。

3. 電源管理在電源設(shè)計(jì)中，LM358DR 常用于基準(zhǔn)電壓生成、過(guò)壓/欠壓保護(hù)電路以及電流檢測(cè)電路。其寬電源電壓范圍和穩(wěn)定的性能使其能夠輕松適應(yīng)不同電源架構(gòu)。

4. 音頻處理LM358DR 可以用作音頻信號(hào)的前置放大器，為后續(xù)功率放大電路提供穩(wěn)定的信號(hào)輸入。

5. 汽車電子在汽車電子領(lǐng)域，LM358DR 用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、車載傳感器信號(hào)調(diào)理以及其他模擬處理模塊。

電路設(shè)計(jì)實(shí)例

1. 電壓跟隨器? 電路結(jié)構(gòu)：將 LM358DR 的輸出端直接連接到反相輸入端，非反相輸入端接輸入信號(hào)。 ? 工作原理：輸出信號(hào)緊跟輸入信號(hào)，無(wú)相位偏移，適用于信號(hào)緩沖。

2. 差分放大器? 電路結(jié)構(gòu)：通過(guò) LM358DR 對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的差分進(jìn)行放大。 ? 應(yīng)用場(chǎng)景：用于測(cè)量傳感器的差分信號(hào)，例如霍爾效應(yīng)傳感器。

3. 低通濾波器? 電路結(jié)構(gòu)：結(jié)合 LM358DR 和 RC 電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的低頻成分提取。 ? 應(yīng)用場(chǎng)景：信號(hào)處理中的噪聲抑制。

性能對(duì)比

與同類運(yùn)算放大器（如 TL072、LM324）相比，LM358DR 在功耗、輸入偏置電流和電源電壓范圍等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。

• 與 TL072 的比較： ? LM358DR 的靜態(tài)電流低于 TL072，更適合低功耗應(yīng)用。 ? TL072 的單位增益帶寬更高，適用于高速信號(hào)處理場(chǎng)景。

• 與 LM324 的比較： ? LM358DR 是雙通道設(shè)計(jì)，而 LM324 是四通道設(shè)計(jì)，適合不同規(guī)模的信號(hào)處理需求。 ? 兩者在性能參數(shù)上較為接近，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)成本和電路需求選擇。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 供電電壓確保供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，避免超過(guò)最大額定值。

2. 輸入保護(hù)輸入端可能需要二極管保護(hù)，以防止瞬態(tài)過(guò)壓對(duì)芯片造成損壞。

3. 負(fù)載阻抗LM358DR 的輸出阻抗較低，但在驅(qū)動(dòng)較低阻抗負(fù)載時(shí)可能會(huì)引入失真，建議將負(fù)載阻抗保持在 2 kΩ 以上。

4. PCB 布局避免高頻噪聲信號(hào)干擾運(yùn)放輸入端，確保信號(hào)線短且遠(yuǎn)離干擾源。

總結(jié)

LM358DR 是一款性價(jià)比高、性能穩(wěn)定的雙路運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)包括低功耗、高增益和寬供電電壓范圍等，使其在多種模擬電路設(shè)計(jì)中表現(xiàn)出色。無(wú)論是在傳感器信號(hào)調(diào)理、濾波電路還是電源管理等應(yīng)用中，LM358DR 都能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者提供可靠且靈活的解決方案。