Микросхема LM358: datasheet на русском, применение, аналоги, назначение выводов

Назначение

Зачем нужен компаратор и как его использовать без усилителя? В большинстве случаев, этот прибор применяется в несложных компьютерных схемах, где нужно сравнивать сигналы входящего напряжения. Это может быть зарядное устройство для ноутбука или телефона, весы (определитель массы), датчик сетевого напряжения AVR, таймер (компоратор типа lm 358, микроконтроллер и т. д. Также его применяют различные интегральные микросхемы для контроля входных импульсов, обеспечивая связь между источником сигнала и его центром назначения.

Наиболее популярным примером является компаратор триггер (регулятор) Шиммера. Он работает в режиме многоканальности, соответственно, может сравнивать большое количество сигналов. В частности, данный триггер применяется для того, чтобы восстановить цифровой сигнал, который искажает связь в зависимости от уровня напряжения и расстояния источника питания.

Это аналог стандартного компаратора, просто с более расширенным функционалом, который обеспечивает измерение нескольких входящих сигналов.

Также есть компаратор шероховатости. Это устройство, которое помогает визуально определить состояние поверхности, которая уже подвергалась обработке. Применение этого приспособления обосновано необходимостью определять допуски обработанных ранее поверхностей.

Описание микросхемы LM358

Подтверждением высокой популярности микросхемы являются ее рабочие характеристики, позволяющие создавать много различных устройств. К основным показательным характеристикам компонента следует отнести нижеследующие.

Приемлемые рабочие параметры: в микросхеме предусмотрено одно и двухполюсное питание, широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В, приемлемая скорость нарастания выходного сигнала, равная всего 0,6 В/мкс. Также микросхема потребляет всего 0,7 мА, а напряжение смещения составит всего 0,2мВ.

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.

Таблица характеристик

Параметр	LM358, LM358N
Питание, вольт	3-32В
Биполярное питание	±1,5В до ±16В
Потребляемый ток	0,7мА
Напряжение смещения по входу	3мВ
Ток смещения  компенсации по входу	2нА
Входной ток смещение	20нА
Скорость нарастания на выходе	0,3 В/мсек
Ток на выходе	30 — 40мА
Максимальная частота	0,7 до 1,1 МГц
Коэффициент дифференциального усиления	100дБ
Рабочая температура	0° до 70°

Микросхемы различных производителей могут иметь разные параметры, но всё в пределах нормы. Единственное может сильно отличаться максимальная частота у одних она  0,7МГц, у других до 1,1МГц. Вариантов использования ИМС накопилось очень много, только в документации их около 20 штук. Радиолюбители расширили это количество более 70 схем.

Типовой функционал из datasheet на русском:

1. компараторы;
2. активные RC фильтры;
3. светодиодный драйвер;
4. суммирующий усилитель постоянного тока;
5. генератор импульсов и пульсаций;
6. низковольтный детектор пикового напряжения;
7. полосовой активный фильтр;
8. для усиливания с фотодиода ;
9. инвертирующий и не инвертирующий усилитель;
10. симметричный усилитель;
11. стабилизатор тока;
12. инвертирующий усилитель переменного тока;
13. дифференциальный усилитель постоянного тока;
14. мостовой усилитель тока.

Применение

• генератор импульсов и пульсаций (устройства типа «мигающий маяк»);
• блоки питания и зарядные устройства;
• сплит системы внутреннего и наружного применения;
• материнские платы;
• бытовая техника;
• симетричный усилитель;
• мостовой усилитель тока;
• схемы управления двигателем;
• источники бесперебойного питания;
• холодильные установки, посудомоечные и стиральные машины;
• различные виды инверторов;
• контроллеры и другое.

Сферы применения микросхемы производители, как правило, указывают в технических описаниях.

Схемы подключения

Ниже приведем несколько простых схем включения lm358 которые могут вам пригодится. Все они являются ознакомительными, так что обязательно проверяйте все перед внедрением в производственной сфере.

Схема в мощном неинвертирующим усилителе.

Преобразователь напряжения — ток.

Схема с дифференциальным усилителем.

Неинвертирующий усилитель средней мощности.

Схема не инвертирующего 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 не инвертирующего усилителя

Элементы, который применены в конструкции не инвертирующего 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 не инвертирующего 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.

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.

Рабочие условия

VCC = ±15 V, TA = 25°C

Параметр	Условия	TYP	Ед. изм.
SR	Скорость нарастания при единичном усилении	RL = 1 МОм, CL = 30 пФ, VI = ±10 В (см. Рис. 3)	0.3	В/мкс
B1	Ширина полосы при единичном усилении	RL = 1 MОм, CL = 20 пФ (см. Рис. 3)	0.7	МГц
Vn	Эквивалентное напряжение шумов, приведенное ко входу	RS = 100 Ом, VI = 0 В, f = 1 кГц (см. Рис. 4)	40	нВ/vГц

Усилитель с единичным коэффициентом усиления

Схема для проверки шумов

Компаратор с гистерезисом и без гистерезиса

Исходные данные для расчета представлены в таблицах.

Таблица. Исходные данные для расчета компаратора

Вход	Выход	Питание
ViMin	ViMax	VoMin	VoMax	Vcc	Vee	Vref
0 В	5 В	0 В	5 В	5 В	0 В	5 В

Таблица. Пороговые значения

Нижний порог переключения VL	Верхний порог переключения VH	VH – VL
2,3 В	2,7 В	0,4 В

Описание схемы

Компараторы используются, чтобы сравнить два входных сигнала и сформировать выходной сигнал в зависимости от того, какой из входных сигналов больше (рисунок 84). Шум или дребезг входных сигналов могут привести к множественным переключениям компаратора. Для борьбы с такими переключениями используется гистерезис, устанавливающий верхнюю и нижнюю границу переключения.

Рис. Схемы компараторов с гистерезисом (слева) и без гистерезиса (справа)

Рекомендуем обратить внимание:

• следует использовать компаратор с минимальным собственным током потребления;
• точность задания пороговых значений гистерезиса определяется точностью номиналов резисторов;
• задержка срабатывания определяется параметрами используемого компаратора.

Принцип работы

Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.

Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.

Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.

Порядок расчета компаратора с гистерезисом

• Выбираем значение резистора R1 = 100 кОм. Значения пороговых напряжений были определены в таблице исходных данных: VL = 2,3 В, VH = 2,7 В.
• Рассчитаем R2 по формуле 1:

• Рассчитаем R3 по формуле 2:

• Проверяем полученное значение гистерезиса, согласно формуле 3:

Порядок расчета компаратора без гистерезиса

1. Выбираем пороговое значение Vth = 2,5 В.
2. Выбираем значение резистора R4 = 100 кОм.
3. Рассчитываем R5 по формуле 4:

Моделирование схемы

Временные диаграммы работы схемы представлены на рисунках 1 и 2.

Рис. 1. Временные диаграммы работы схемы: шум присутствует только в начальный короткий интервал времени 0…120 мкс

Рис. 2. Увеличенная осциллограмма напряжений: интервал 40…110 мкс

Аналоги LM358

Полные аналоги LM358 от разных производителей NE532, OP04, OP221, OP290, OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C. Для LM358D — KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.

Вместе с LM358 выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Например LM158, LM258, LM2409 имеют аналогичные характеристики, но разный температурный диапазон работы.

Тип	Минимальная температура, °C	Максимальная температура, °C	Диапазон питающих напряжений, В
LM158	-55	125	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM258	-25	85	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM358	0	70	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM358	-40	85	от 3(±1,5) до 26(±13)

Если диапазона 0..70 градусов не хватает, то стоит применить LM2409, однако следует учитывать что у неё диапазон питания уже:

Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT23-5 то вполне можно применить LM321, LMV321 (аналоги AD8541, OP191, OPA337). Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM324 в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания.

Как вам статья?