LM358是廣泛使用的雙運(yùn)算放大器，屬于比較基礎(chǔ)的模擬電子元件之一。它被廣泛應(yīng)用于放大電路、濾波器、差分放大器等各種電子應(yīng)用中。LM358具有低功耗、單電源工作、低偏置電流等特點(diǎn)，適用于各種需要高增益、高穩(wěn)定性的應(yīng)用。本文將詳細(xì)介紹LM358放大電路的工作原理、設(shè)計(jì)方法、常見(jiàn)應(yīng)用及實(shí)際電路設(shè)計(jì)示例。

一、LM358運(yùn)算放大器基本介紹

LM358是一款由德州儀器（Texas Instruments）推出的低功耗雙運(yùn)算放大器，它可以在單電源電壓下工作，其工作電壓范圍通常為3V到32V，適合低電壓系統(tǒng)使用。LM358的內(nèi)部設(shè)計(jì)使其具備了低輸入偏置電流、較低的輸入失調(diào)電壓等特點(diǎn)，非常適合用來(lái)構(gòu)建各種模擬信號(hào)的放大電路。

LM358通常有兩個(gè)運(yùn)算放大器模塊，每個(gè)模塊的輸入端具有正負(fù)兩端，輸出端輸出一個(gè)電壓信號(hào)。在常規(guī)的應(yīng)用中，我們常常用它來(lái)構(gòu)建信號(hào)放大、比較、濾波等電路。

二、LM358放大電路的基本原理

運(yùn)算放大器（Op-Amp）一般用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。在放大電路中，信號(hào)通常通過(guò)輸入端（通常是反向輸入端或者非反向輸入端）傳入，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的增益處理后，輸出一個(gè)放大的信號(hào)。LM358作為運(yùn)算放大器的核心，其工作原理基本符合所有運(yùn)算放大器的基本特性。

1. 運(yùn)算放大器的基本工作原理

運(yùn)算放大器的作用是使得兩個(gè)輸入端的差分電壓（即反向輸入和非反向輸入之間的電壓差）產(chǎn)生一個(gè)放大輸出。為了實(shí)現(xiàn)這種放大效果，運(yùn)算放大器通常具備非常高的開(kāi)環(huán)增益。在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)將運(yùn)算放大器配置為反饋回路，從而得到穩(wěn)定的增益控制。

LM358的內(nèi)部電路包括高增益的放大級(jí)，常見(jiàn)的反饋配置有反向放大和非反向放大。我們通過(guò)改變反饋電阻來(lái)調(diào)節(jié)增益，使得輸出信號(hào)的幅度比輸入信號(hào)的幅度大。

2. 反饋回路的作用

為了控制運(yùn)算放大器的增益，通常使用反饋回路。反饋回路通過(guò)將輸出信號(hào)的一部分反饋到輸入端，控制放大器的增益。反饋可以是負(fù)反饋或正反饋：

• 負(fù)反饋：通過(guò)將輸出信號(hào)反饋到反向輸入端，能夠穩(wěn)定增益并降低非線性失真。負(fù)反饋是大多數(shù)運(yùn)算放大器應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋方式。

• 正反饋：在某些特定應(yīng)用中，比如比較器電路，會(huì)使用正反饋來(lái)提高響應(yīng)速度。

三、LM358放大電路設(shè)計(jì)

LM358常用的放大電路有兩種基本類(lèi)型：反向放大電路和非反向放大電路。它們的設(shè)計(jì)原理稍有不同，但都可以通過(guò)調(diào)整反饋電阻來(lái)控制增益。

1. 反向放大電路設(shè)計(jì)

反向放大電路是運(yùn)算放大器常見(jiàn)的配置之一。在反向放大電路中，輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)輸入電阻接入運(yùn)算放大器的反向輸入端，而非反向輸入端接地。反饋電阻從輸出端連接到反向輸入端，形成負(fù)反饋回路。

反向放大電路的增益由輸入電阻和反饋電阻的比值決定。增益公式如下：

$$A = -frac{R_f}{R_{in}}$$A=?RinRf

其中，$R_f$Rf 是反饋電阻，$R_{in}$Rin 是輸入電阻。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)是輸入信號(hào)的反相。

舉個(gè)例子，假設(shè)我們需要將輸入信號(hào)放大10倍，可以選擇反饋電阻為100kΩ，輸入電阻為10kΩ，則增益為：

$$A = -frac{100kOmega}{10kOmega} = -10$$A=?10kΩ100kΩ=?10

反向放大電路的特點(diǎn)是輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)有180度的相位差，即反向放大。

2. 非反向放大電路設(shè)計(jì)

非反向放大電路的輸入信號(hào)直接接入運(yùn)算放大器的非反向輸入端，而反向輸入端則通過(guò)一個(gè)反饋電阻與輸出端連接。與反向放大不同，非反向放大電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同。

非反向放大電路的增益公式為：

$$A = 1 + frac{R_f}{R_{in}}$$A=1+RinRf

其中，$R_f$Rf 是反饋電阻，$R_{in}$Rin 是輸入電阻。由于增益包含1，因此非反向放大電路的增益總是大于1。

例如，如果選擇反饋電阻為100kΩ，輸入電阻為10kΩ，則增益為：

$$A = 1 + frac{100kOmega}{10kOmega} = 11$$A=1+10kΩ100kΩ=11

這種配置適用于那些需要放大信號(hào)并保持相位不變的應(yīng)用。

四、LM358放大電路的應(yīng)用

LM358廣泛應(yīng)用于各種放大電路中，以下是一些常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景：

1. 音頻放大電路

LM358被廣泛用于音頻放大電路中，尤其是在低功耗設(shè)備中。它的低噪聲特性使其適合處理微弱的音頻信號(hào)，并將其放大到足夠的電平，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器或其他輸出設(shè)備。

例如，LM358可以用于音頻前級(jí)放大電路中，將麥克風(fēng)輸出的低電平信號(hào)放大到功率放大器可以接受的電平。

2. 儀器放大電路

在許多儀器中，例如示波器、電壓表等，LM358常常被用作信號(hào)放大器。由于LM358具備較低的偏置電流和較好的增益穩(wěn)定性，它能夠確保測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

3. 比較器電路

LM358還可以用作比較器電路的核心部件。在比較器模式下，LM358的反向輸入和非反向輸入端分別連接到參考電壓和輸入信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)大于或小于參考電壓時(shí)，輸出端會(huì)發(fā)生跳變。這種比較器電路常用于數(shù)字電路中進(jìn)行信號(hào)比較。

4. 濾波器電路

在某些信號(hào)處理中，LM358可以用于構(gòu)建低通、帶通、高通濾波器電路。通過(guò)適當(dāng)選擇電阻、電容和反饋網(wǎng)絡(luò)，可以設(shè)計(jì)出濾波器電路，用于去除噪聲信號(hào)或選取特定頻段的信號(hào)。

五、LM358放大電路設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)

在實(shí)際設(shè)計(jì)LM358放大電路時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

1. 輸入偏置電流

雖然LM358的輸入偏置電流較低，但仍然存在一定的偏置電流。在高精度電路設(shè)計(jì)中，需要考慮這一點(diǎn)，并在電路設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。

2. 電源電壓

LM358的工作電壓范圍為3V至32V，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要確保電源電壓在這個(gè)范圍內(nèi)。同時(shí)，還要確保電源的噪聲水平較低，以避免對(duì)放大效果產(chǎn)生不良影響。

3. 輸出電壓擺幅

由于LM358的輸出電壓受限于電源電壓，因此輸出信號(hào)的擺幅通常小于電源電壓的最大值。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保輸出信號(hào)的幅度不會(huì)超過(guò)運(yùn)算放大器的工作范圍。

4. 增益穩(wěn)定性

為了保證增益的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，必須合理選擇反饋電阻和輸入電阻的值。過(guò)高或過(guò)低的電阻值可能會(huì)導(dǎo)致增益的不穩(wěn)定或噪聲的增大。

六、總結(jié)

LM358作為一種常見(jiàn)的雙運(yùn)算放大器，憑借其低功耗、單電源工作以及穩(wěn)定的增益特性，廣泛應(yīng)用于放大電路中。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，我們可以利用LM358構(gòu)建反向放大、非反向放大、比較器以及濾波器等各種電路。設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意輸入偏置電流、電源電壓和輸出電壓擺幅等問(wèn)題，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。

LM358是一款功能強(qiáng)大且易于應(yīng)用的元器件，對(duì)于學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器電路有著非常重要的作用。