LM358 是一款常见的双运算放大器，广泛应用于各种模拟电路中。它的工作电压范围、特性以及应用都对设计者选择合适的电源电压至关重要。在这篇文章中，我们将详细探讨 LM358 的供电电压，工作原理，应用范围以及如何根据不同电压来选择合适的电源配置。

一、LM358概述

LM358 是由德州仪器（Texas Instruments）生产的双运算放大器芯片，属于通用型运算放大器系列。它的主要特点是输入偏置电流小，具有较好的线性工作区域，且工作电压范围较宽。LM358 的输入和输出电压均可接近地面，因此，它被广泛应用于低电压电路、信号放大、滤波以及其他需要运算放大器的领域。

二、LM358的供电电压范围

LM358的供电电压范围是其选择使用时的关键参数之一。根据其技术规格书，LM358 可以在单电源或双电源配置下工作。

1. 单电源供电：LM358 可以使用单一的正电源电压供电。根据官方规格书，单电源供电的电压范围为 3V 到 32V 或者 3V 到 26V，取决于工作环境和温度范围。

• 当使用 5V 或 12V 电压时，LM358 的性能可以得到很好的保证，这是常见的配置。

• 单电源供电时，芯片的工作电压通常会接近地面（0V），但具体能达到的最小电压还是受到芯片内部电路和外部负载的影响。

2. 双电源供电：LM358 也支持双电源供电，通常使用对称的正负电压，比如 +15V 和 -15V，或者 +5V 和 -5V。双电源供电时，电压范围为 3V 至 32V，同样具体范围取决于工作环境和温度。

双电源供电配置通常适用于需要较大动态范围或者在高精度测量中使用的应用场景。对于大多数通用放大应用，单电源电压已经足够，但如果需要更精确的信号放大或者处理更复杂的信号时，双电源配置则能够提供更好的性能。

三、LM358的工作原理

LM358 是由两个独立的运算放大器组成，每个放大器都拥有同样的基本工作原理。它们的核心工作机制是利用差动输入信号，通过内部的反相和同相放大电路对输入信号进行增益处理，并根据外部配置的反馈网络输出信号。

1. 输入信号处理：LM358 接收两个输入端信号，分别为非反相输入（+）和反相输入（-）。这两个信号的差值决定了输出的信号。运算放大器通过其高增益将输入信号放大。

2. 反馈机制：为了稳定增益，LM358 采用了负反馈机制。通过外部连接的电阻网络，输入信号经过反馈后，增益被控制在一定范围内，从而避免输出信号失真。

3. 输出信号：经过放大处理后的信号会被输出到输出端，输出信号的幅度由输入信号的大小以及电路中的增益设置决定。在单电源配置中，输出电压通常会接近地面，但由于内部电路的限制，输出电压不能完全等于地电位，通常会略高于地电位，约为 0.5V 到 1V 左右。

四、LM358的供电电压对性能的影响

LM358的供电电压直接影响其工作范围、输出信号幅度以及频率响应等性能。以下是供电电压对 LM358 工作性能的一些关键影响：

1. 输出电压范围：LM358 的输出电压与供电电压密切相关。在单电源配置下，输出电压的最大幅度通常是供电电压减去一定的饱和电压。对于 5V 电源，输出电压可能最大为 3.5V 左右。而在双电源配置下，输出电压的幅度会更大，可以达到接近正负电源电压之间的差值。

2. 增益带宽：LM358 的增益带宽产品（GBWP）在不同的电源电压下会有所变化。通常来说，较高的电源电压有助于提高芯片的增益带宽，尤其是在处理较高频率的信号时。如果电源电压过低，芯片的频率响应会受到影响，导致带宽缩小，无法有效放大高频信号。

3. 输入偏置电流：LM358 的输入偏置电流与电源电压也有所关系。较低的电源电压会导致输入偏置电流较大，从而影响芯片的精度。在低电压应用中，这种偏置电流可能会对精密测量产生一定的影响。

4. 功耗：较高的电源电压会导致 LM358 的功耗增加。在某些低功耗应用中，设计师通常会选择较低的电源电压来减少功耗，尤其是对于电池供电的便携设备，功耗的控制至关重要。

五、LM358的常见应用

LM358 由于其低电压工作特性，适用于多种应用场景，尤其是在电池供电和低电压电路中。以下是几种典型的应用：

1. 信号放大器：LM358 经常用于低电压信号的放大，比如音频信号、传感器输出信号等。在单电源配置下，它能够提供足够的增益而不会使电路设计过于复杂。

2. 滤波器电路：在低频滤波器设计中，LM358 也有广泛应用。其稳定的增益和较低的失真使其适合用于模拟信号的处理，尤其是在需要滤波的场合。

3. 比较器电路：LM358 在双电源配置下也可用作比较器，利用其差动输入特性实现信号的高精度比较。常见的应用包括电压监测、过流保护等。

4. 电池管理系统：LM358 被广泛应用于电池管理系统中，尤其是在低功耗设备中。通过适配不同的电源电压，设计者可以有效地控制电池电压，并进行精确的电流和电压监测。

六、如何选择合适的电源电压

选择 LM358 的供电电压时，设计师需要考虑多个因素，包括目标应用的工作环境、所需的信号增益、频率响应、功耗限制以及电源的可用性。对于大多数常规应用，5V 或 12V 电源即可满足要求。但在一些低功耗设备中，选择较低的电源电压（例如 3V 或 3.3V）将有助于延长设备的电池寿命。

1. 低功耗应用：对于需要低功耗的应用，建议使用 3V 或 3.3V 电源。虽然低电压可能会影响增益和带宽，但它能够显著减少功耗，适合于电池供电的设备。

2. 高频信号处理：对于需要处理较高频信号的应用，使用较高的电源电压（如 12V 或 15V）可以确保较宽的增益带宽和较高的输出电压。

3. 负载要求：根据负载的特性选择适当的电源电压。如果负载需要较大的电流或较高的输出电压，较高的电源电压会更适合。

七、总结

LM358 是一款非常灵活的双运算放大器，具有宽广的电源电压工作范围。在选择供电电压时，需要综合考虑电路的工作条件、功耗需求以及信号放大的要求。无论是在低电压应用中，还是在高频、高精度的测量系统中，LM358 都能提供良好的性能。通过合理选择电源电压，可以有效地提高系统的稳定性和效率。