LM358是常用的双运算放大器，它具有低功耗、高增益和宽电源电压范围等特点，被广泛应用于电流放大、信号调理和滤波等场合。本文将围绕LM358放大电路展开，包括其基本参数、典型应用电路及其工作原理、设计要点、特点和在实际应用中的一些注意事项。

LM358的基本介绍

LM358是一款由德州仪器（TI）推出的双运算放大器，它由两个独立的高增益运算放大器组成，可以在单电源或双电源模式下工作。该芯片的主要优点在于其低功耗和宽电压范围，使得它能够适应许多不同的应用需求。LM358的工作电源电压可以从3V到32V，适用于低功率电池供电设备。此外，LM358的低功耗特点非常适合那些需要长时间工作的电路，如传感器信号放大、音频放大和工业自动化系统等。

LM358的主要参数

1. 工作电压：3V至32V

2. 静态电流：典型值2.0mA，最大值3.5mA

3. 开环电压增益：100dB

4. 输入偏置电流：最大250nA

5. 带宽：1MHz（增益为1时）

6. 电压摆幅：最大输出电压接近电源电压

7. 温度范围：0℃至70℃（商用级），-40℃至85℃（工业级）

LM358的典型应用电路

LM358作为运算放大器，可以设计成各种放大电路，包括电压跟随器、反相放大器、同相放大器、积分器和比较器等。下面介绍几种典型的应用电路，以便更好地理解其工作原理和应用场景。

1. 电压跟随器

电压跟随器是最简单的放大电路之一，它的增益为1，输出电压与输入电压一致，但提供了更强的驱动能力。在电路中，输入信号接到放大器的同相输入端，输出端直接反馈到反相输入端，这样的设计使得放大器的输出能够精确地跟随输入电压。这种电路主要用于信号缓冲和隔离，以避免信号源受到负载的影响。

电路特点：

• 输出电压等于输入电压

• 不放大信号，仅提供缓冲作用

• 适合高阻抗信号源

2. 反相放大器

反相放大器是一种常见的放大电路，具有较高的增益。其电路结构中，输入信号接到运算放大器的反相输入端，而同相输入端接地。反馈电阻Rf和输入电阻Rin的比值决定了电路的电压增益，增益公式为：$A_v = -frac{R_f}{R_{in}}$Av=−RinRf。负号表示输出信号与输入信号的相位相反。

电路特点：

• 输出信号与输入信号相位相反

• 增益可调，通过选择合适的反馈电阻和输入电阻

• 适用于信号调理和负反馈控制

3. 同相放大器

同相放大器的输入信号接到运算放大器的同相输入端，反相输入端与输出端之间通过反馈电阻连接，并串联一个输入电阻Rin。此时的增益为：$A_v = 1 + frac{R_f}{R_{in}}$Av=1+RinRf。这种电路常用于增益控制和电压放大。

电路特点：

• 输出信号与输入信号同相

• 增益为正值，可以调节增益大小

• 适用于高输入阻抗的信号放大

4. 积分器和微分器

积分器电路利用运算放大器对输入信号进行积分操作，以得到累积的输出信号。在积分器电路中，输入信号通过电阻接到反相输入端，反馈回路中接入一个电容。微分器电路则是通过对输入信号求导来得到瞬时变化率的输出。积分器和微分器通常用于信号处理、滤波器设计等领域。

电路特点：

• 积分器输出信号为输入信号的积分

• 微分器输出信号为输入信号的导数

• 适用于模拟信号处理和自动控制系统

LM358的工作原理

LM358的核心是其内部的两级放大结构，由输入级和输出级构成。输入级为差分放大电路，用于接收输入信号，并将其放大到一定幅度后传递到输出级。输出级一般由共射极电路组成，主要用于提供电流驱动能力，使输出电压能够在负载上正常工作。由于采用了集成电路的设计，LM358的内部电路布局紧凑，信号延迟小，因此具有较高的带宽和增益。

设计LM358放大电路时的要点

1. 供电电源选择：根据应用场景选择单电源或双电源供电模式。LM358支持单电源供电，适合低功耗应用。

2. 电阻匹配：在设计反相或同相放大器电路时，反馈电阻和输入电阻的选择决定了增益，因此需要准确选择和匹配电阻。

3. 输入阻抗：LM358的输入阻抗高，但在低阻抗信号源应用中，仍需添加一个输入缓冲，以避免信号衰减。

4. 电容去耦：在输入端和输出端建议添加适当的去耦电容，以滤除噪声，保证信号的纯净度。

5. 热稳定性：LM358的温度特性良好，但在高精度场合中，需增加热补偿设计，保证其增益的稳定性。

LM358的特点与优势

1. 宽电压范围：支持3V到32V的供电电压，可以适应多种供电系统。

2. 低功耗：静态电流仅为2mA，非常适合低功耗应用。

3. 高增益：开环增益达100dB，满足大部分信号放大需求。

4. 低输入偏置电流：250nA的偏置电流使其适用于高阻抗信号源。

5. 应用灵活：支持多种放大电路结构，能满足不同的放大需求。

实际应用中的注意事项

1. 电源退耦：建议在电源引脚附近放置合适的电容（如0.1uF和10uF），以降低电源噪声对运放的影响。

2. 负载阻抗：LM358的输出驱动能力有限，建议使用高阻抗负载，以避免输出电流过大导致信号失真。

3. 频率响应：LM358的带宽为1MHz，不适用于高频信号放大，若需高频放大，建议选用专用高速运算放大器。

4. 电流限制：在大信号驱动场合中，LM358可能会因输出电流过大而产生热量，因此需注意散热和限流设计。

5. 失调电压调节：LM358具有一定的失调电压，在高精度电路中可能需要对其失调电压进行校准，以避免影响放大效果。

LM358的实际应用案例

1. 温度传感器信号放大：LM358可以用作温度传感器（如LM35）的信号放大器，将微小的温度变化信号放大到便于处理的范围。

2. 电流检测放大：在电源管理系统中，通过电阻采样电流并使用LM358放大采样信号，以便进行电流检测和反馈控制。

3. 滤波器电路：LM358常用于低通、高通和带通滤波电路中，用于信号处理，滤除不必要的频率成分。

4. 音频放大：在一些简单的音频应用中，LM358也可以用作前置放大器，为后续的功率放大提供稳定的音频信号。