Операционный усилитель LM358: схема включения, аналог, datasheet

От того, какая конкретно используется схема включения LM358, будет зависеть множество параметров устройства. На этом операционном усилителе можно реализовать множество конструкций, которые без проблем применяются в микроконтроллерной технике и даже в акустических системах.

Это не очень требовательный элемент – у него быстродействие не блещет, диапазон рабочих напряжений тоже небольшой, но зато он обладает главными качествами – простотой и дешевизной. Стоимость одного ОУ оптом - около 15 рублей. Поэтому неудачные эксперименты с ним не больно ударят по карману.

Особенности операционного усилителя

Микросхема LM358 получила широкое распространение среди радиолюбителей, так как у нее очень много преимуществ. Среди всех можно выделить такие:

1. Крайне низкая цена элемента.
2. При реализации устройств на микросхеме не требуется устанавливать дополнительные цепи для компенсации.
3. Может питаться как от однополярного источника, так и от двухполярного.
4. Питание может происходить от источника, напряжение которого 3...32В. Это позволяет использовать практически любой блок питания.
5. На выходе сигнал нарастает со скоростью 0,6 В/мкс.
6. Максимальный потребляемый ток не превышает 0,7 мА.
7. Напряжение смещения на входе не более 0,2 мВ.

Это ключевые особенности, на которые нужно обращать внимание при выборе этой микросхемы. В том случае, если какой-то параметр не устраивает, лучше поискать аналоги или похожие операционные усилители.

Цоколевка микросхемы

По datasheet LM358 можно увидеть, что в одном корпусе заключено сразу два операционных усилителя. Следовательно, имеется в каждом два входа и столько же выходов. Плюс еще две ножки предназначены для подачи питающего напряжения. Всего восемь выводов у микросхемы. Цоколевка LM358 следующая:

1 – выход DA1.1.

2 – минусовой вход DA1.1.

3 – плюсовой вход DA1.1.

4 – «минус» питания.

5 – плюсовой вход DA1.2.

6 – минусовой вход DA1.2.

7 – выход DA1.2.

8 – «плюс» питания LM358.

В каких корпусах выпускаются микросхемы

Корпус может быть как DIP8 – обозначение LM358N, так и SO8 – LM358D. Первый предназначен для реализации объемного монтажа, второй – для поверхностного. От типа корпуса не зависят характеристики элемента – они всегда одинаковы. Но существует немало аналогов микросхемы, у которых параметры немного отличаются. Всегда есть плюсы и минусы. Обычно, если у элемента большой диапазон рабочих напряжений например, страдает какая-либо другая характеристика.

Существует еще металлокерамический корпус, но такие микросхемы используют в том случае, если эксплуатация устройства будет происходить в тяжелых условиях. В радиолюбительской практике удобнее всего использовать микросхемы в корпусах для поверхностного монтажа. Они очень хорошо паяются, что имеет важное значение при работе. Ведь намного удобнее оказывается работать с элементами, у которых ножки имеют большую длину.

Какие есть аналоги?

Существует немало аналогов у микросхемы LM358. Схема включения у них точно такая же, но все равно лучше свериться с даташитом, чтобы не ошибиться. Среди полных аналогов микросхемы можно выделить такие:

• NE532;
• ОР221;
• ОР04;
• ОР290;
• ОРА2237;
• UPC358C;
• ОР295;
• ТА75358Р.

Также можно выделить аналоги элемента LM358D – это UPC358G, KIA358F, TA75358CF, NE532D. Существует немало похожих микросхем, которые отличаются от 358-й незначительно. Например, LM258, LM158, LM2409 полностью аналогичные характеристики имеют, но вот диапазон рабочих температур немного отличается.

Характеристики аналогов

По datasheet LM358 и ее аналогам можно узнать следующие характеристики:

1. LM158 – работает в диапазоне температур от -55 до +125 градусов. Напряжение питания может колебаться в интервале 3...32В.
2. LM258 – диапазон рабочих температур -25...+85, питающего напряжения – 3...32В.
3. LM358 – температура 0...+70, напряжение – 3...32В.

В том случае, если недостаточно диапазона температур 0...+70, имеет смысл подыскать аналог операционному усилителю. Неплохо показывает себя LM2409, у него шире диапазон рабочих температур. Вот только для питания он немного меньше. Это существенно снижает возможность использования устройства в радиолюбительских конструкциях. Схема включения LM358 такая же, как и у большинства ее аналогов.

В том случае, если необходимо установить только один операционный усилитель, стоит обратить внимание на аналоги типа LMV321 или LM321. У них пять выводов, и внутри корпуса SOT23-5 заключен всего один ОУ. А вот в том случае, если необходимо большее количество операционников, можно использовать сдвоенные элементы – LM324, у которых корпус имеет 14 выводов. С помощью таких элементов можно сэкономить на пространстве и конденсаторах в цепи питания.

Схема неинвертирующего усилителя

Описание схемы:

1. На плюсовой вход подается сигнал.
2. К выходу операционного усилителя подключается два постоянных резистора R2 и R1, соединенных последовательно.
3. Второй резистор соединен с общим проводом.
4. Точка соединения резисторов подключается к минусовому входу.

Чтобы вычислить коэффициент усиления, необходимо воспользоваться простой формулой: k=1+R2/R1.

Если имеются данные о значении сопротивлений, входного напряжения, то нетрудно посчитать выходное: U(out)=U(in)*(1+R2/R1). При использовании микросхемы LM358 и резисторов R1=10 кОм и R2=1 МОм, коэффициент усиления окажется равен 101.

Схема мощного неинвертирующего усилителя

Элементы, который применены в конструкции неинвертирующего усилителя, и их параметры:

1. В качестве микросхемы используется LM358.
2. Значение сопротивления R1=910 kOm.
3. R2=100 kOm.
4. R3=91 kOm.

Для усиления сигнала применяется полупроводниковый биполярный транзистор VT1.

По напряжению коэффициент усиления при условии использования таких элементов равен 10. Чтобы посчитать коэффициент усиления в общем случае, необходимо воспользоваться такой формулой: k=1+R1/R2. Для вычисления коэффициента по току всей схемы необходимо знать соответствующий параметр используемого транзистора.

Схема преобразователя напряжение-ток

Схема приведена на рисунке и немного похожа на ту, которая была описана в конструкции неинвертирующего усилителя. Но здесь добавлен биполярный транзистор. На выходе сила тока оказывается прямо пропорциональна напряжению на входе операционного усилителя.

И в то же время сила тока обратно пропорциональна сопротивлению резистора R1. Если описать это формулами, то выглядит следующим образом:

I=U(in)/R.

При величине сопротивления R1=1 Om, на каждый 1V напряжения, прикладываемого ко входу, на выходе будет 1А тока. Схема включения LM358 в режиме преобразователя напряжения в ток используется радиолюбителями для конструирования зарядных устройств.

Схема преобразователя ток-напряжение

При помощи такой простой конструкции на операционном усилителе LM358 можно осуществить преобразование тока с малым значением в высокое напряжение. Описать это можно такой формулой:

U(out)=I*R1.

Если в конструкции применяется резистор сопротивлением 1 МОм, а по цепи протекает ток со значением 1 мкА, то на выходе элемента появится напряжение со значением 1В.

Схема простого дифференциального усилителя

Данная конструкция получила широкое распространение в устройствах, которые измеряют напряжение у источников, обладающих высоким сопротивлением. Необходимо учитывать особенность – отношения сопротивлений R1/R2 и R4/R3 должны быть равны. Тогда на выходе напряжение окажется со следующим значением:

U(out)=(1+R4/R3)*(Uin1-Uin2).

При этом коэффициент усиления может быть рассчитан по формуле k=(1+R4/R3). В том случае, если сопротивления всех резисторов равны 100 кОм, коэффициент окажется равен 2.

Регулировка коэффициента усиления

В прошлой конструкции имеется один недостаток – нет возможности произвести регулировку коэффициента усиления. Причина – сложность реализации, ведь нужно использовать сразу два переменных резистора. Но если вдруг возникла необходимость проводить регулировку коэффициента, можно использовать схему конструкции на трех операционниках:

Здесь корректировка происходит при помощи переменного резистора R2. Обязательно нужно учесть, чтобы были выполнены такие равенства:

1. R3=R1.
2. R4=R5=R6=R7.

В этом случае k=(1+2*R1/R2).

Напряжение на выходе усилителя U(out)=(1+2*R1/R2)*(Uin1-Uin2).

Схема монитора тока

Еще одна схема, которая позволяет проводить измерение значения тока в питающем проводе. Она состоит из шунтирующего сопротивления R1, операционного усилителя LM358, транзистора npn-типа и двух резисторов. Характеристики элементов:

• микросхема DA1 – LM358;
• сопротивление резистора R=0,1 Ом;
• значение сопротивления R2=100 Ом;
• R3=1 кОм.

Напряжение питания ОУ должно быть минимум на 2 В больше, нежели у нагрузки. Это обязательное условие функционирования схемы.

Схема преобразователя напряжения в частоту

Этот прибор потребуется в том случае, когда возникнет необходимость в подсчете периода или частоты какого-либо сигнала.

Схема применяется в качестве аналогово-цифрового конвертера. Параметры элементов, используемых в конструкции:

• DA1 – LM358;
• C1 – 0,047 мкФ;
• R1=R6=100 кОм;
• R2=50 кОм;
• R3=R4=R5=51 кОм;
• R6=100 кОм;
• R7=10 кОм.

Это все конструкции, которые могут быть построены с использованием операционного усилителя. Но область применения LM358 на этом не ограничивается, существует большое количество схем намного сложнее, позволяющих реализовать различные возможности.