Wzmacniacz operacyjny LM358 oferuje wiele możliwości wykorzystania w różnych aplikacjach, a także charakteryzuje się ogromną ilością innych praktycznych zalet. To przede wszystkim szeroki zakres napięć zasilających, możliwość funkcjonowania w prostych układach z zasilaniem pojedynczym, niski pobór prądu, szerokie pasmo przenoszenia, niski prąd spoczynkowy i wbudowana kompensacja częstotliwościowa gwarantująca stabilne funkcjonowanie układu.
Do popularnych aplikacji wzmacniacza LM358 można zaliczyć m.in. przetworniki sygnałów pomiarowych i wzmacniacze elektroakustyczne. Układ LM358 jest bardzo popularny zarówno wśród hobbystów, jak i profesjonalistów. Wersja w obudowie SO8 jest przeznaczona do montażu powierzchniowego (SMD).
Wzmacniacz operacyjny LM358 – SMD – charakterystyka sprzętowa
Układ scalony LM358 jest podwójnym wzmacniaczem operacyjnym opartym na tranzystorach bipolarnych (BJT). Konstrukcja tego wzmacniacza umożliwia doprowadzenie zasilania symetrycznego, jak i pojedynczego, dzięki czemu można go użyć także w prostszych projektach urządzeń o zasilaniu bateryjnym. Zakres napięć zasilania zawiera się w przedziale od 3V do 30V, dzięki czemu układ LM358 może współpracować z nowoczesnymi urządzeniami opartymi o procesory ARM zasilane standardowo napięciem 3,3V, ale może także być zasilany symetrycznie napięciem ±15V, co jest często wykorzystywanym sposobem zasilania we wzmacniaczach audio. Wbudowana kompensacja częstotliwościowa zwiększa stabilność działania układu LM358. Wzmacniacz ten może pracować w różnych konfiguracjach typowych dla wzmacniaczy operacyjnych, takich jak wtórnik napięciowy, układ całkujący, układ różniczkujący, generator przebiegów poliharmonicznych, filtr częstotliwościowy, czy też komparator napięć.
Rys. 1 prezentuje schemat zastępczy układu LM358 w obudowie SOIC8 do montażu powierzchniowego (SMD).
Funkcje poszczególnych wyprowadzeń układu zgodnie z rys. 1 są następujące:
- 1 – Wyjście nr 1
- 2 – Wejście odwracające nr 1
- 3 – Wejście nieodwracające nr 1
- 4 – Masa (GND) / Ujemne napięcie zasilania (VEE)
- 5 – Wejście nieodwracające nr 2
- 6 – Wejście odwracające nr 2
- 7 – Wyjście nr 2
- 8 – Dodatnie napięcie zasilania (VCC)
Wzmacniacz operacyjny LM358 jako komparator napięcia
Jedną z najpopularniejszych, a zarazem najprostszych aplikacji wzmacniacza operacyjnego LM358 jest jego użycie jako komparatora napięcia. Zadaniem takiego układu jest porównywanie dwóch napięć podawanych na jego wejścia i w zależności od tego, na którym wejściu napięcie jest niższe, a na którym wyższe – wystawianie na wyjściu stanu logicznego niskiego lub wysokiego. Przykładowy schemat połączeń układu LM358 w trybie komparatora został przedstawiony na rys. 2. W takim obwodzie wzmacniacz jest zasilany pojedynczo względem masy. Na jego wejście odwracające jest podłączone źródło napięcia odniesienia “VREF”, którego wartość jest uzależniona od wartości rezystorów R1 i R2 tworzących dzielnik napięcia, zgodnie z zależnością (1.1).
Zasada działania takiego układu polega na podawaniu napięcia na wejście “VIN”, porównywaniu go z napięciem “VREF” i wystawianiu odpowiedniego stanu logicznego na wyjściu “VOUT”. Kiedy napięcie na wejściu “VIN” jest mniejsze od napięcia “VREF”, na wyjściu komparatora jest utrzymywany stan niski, tzn. napięcie o wartości zbliżonej do napięcia masy zasilania. Natomiast, gdy podamy na wejście “VIN” napięcie o wartości przekraczającej napięcie odniesienia “VREF”, wówczas na wyjściu “VOUT” wzmacniacza pojawi się stan wysoki, tj. napięcie o wartości zbliżonej do napięcia zasilania “+VCC”. Do przykładowych zastosowań układu LM358 pracującego w trybie komparatora można zaliczyć m.in. termostat, regulator napięcia na wyjściu alternatora, a także przyrządy pomiarowe.
LM358 jako generator przebiegów czasowych
Wzmacniacze operacyjne, w tym także LM358, można wykorzystać również jako generatory, czyli układy wytwarzające odpowiednio ukształtowane przebiegi czasowe napięć. Rys. 3 przedstawia schemat przykładowej aplikacji układu LM358 jako regulowanego generatora przebiegu trójkątnego.
Do zbudowania takiego układu wykorzystano dwa wzmacniacze standardowo umieszczone w pojedynczym układzie LM358. Na wyjściu “TRI OUT” uzyskiwany jest sygnał trójkątny, którego częstotliwość jest regulowana i zależy od nastawy potencjometru RV2, a amplituda tego sygnału jest stała niezależnie od nastawy częstotliwości. Regulacji amplitudy sygnału (przez regulację histerezy) dokonuje się za pomocą potencjometru RV1.
Układ U1B jest integratorem, tj. całkuje napięcie podawane na jego wejście odwracające i pracuje jako generator napięcia piłokształtnego, natomiast układ U1A pracuje jako detektor progowy z funkcją kasowania, który funkcjonuje podobnie jak przerzutnik Schmitta z histerezą. Histereza jest regulowana potencjometrem RV1 umieszczonym w pętli sprzężenia zwrotnego wspólnie z rezystorem R1.
Zasada działania układu polega na okresowej zmianie wartości napięcia nasycenia na wyjściu układu U1A i generowaniu na wyjściu układu U1B dodatniego i ujemnego zbocza sygnału trójkątnego w sposób powtarzalny, tj. okresowy. Układ detektora progowego, zbudowanego na wzmacniaczu U1A zmienia swój stan na wyjściu zgodnie z napięciem na wyjściu “TRI OUT”, które jest podawane przez sprzężenie zwrotne za pomocą rezystora R3 na wejście nieodwracające wzmacniacza U1A. Częstotliwość sygnału na wyjściu integratora U1B jest zależna od rezystancji rezystora R2, nastawy potencjometru RV2, pojemności kondensatora C1, a także maksymalnych i minimalnych wartości napięć nasycenia na wejściu nieodwracającym detektora progowego U1A. Natomiast amplituda sygnału na wyjściu integratora U1B jest obliczana na podstawie stosunku rezystancji rezystora R3 do sumy rezystancji rezystora R1 i nastawy rezystancji potencjometru RV1 z uwzględnieniem wartości napięć nasycenia detektora U1A. Zbocza narastające i opadające, które tworzą przebieg trójkątny, mają taki sam czas trwania i amplitudę, gdy napięcia nasycenia w układzie U1A są względem siebie takie same co do modułu. Poziom sygnału na wyjściu “TRI OUT” może zostać zrównoważony względem potencjału masy, gdy na wejściu odwracającym detektora progowego na podstawie wzmacniacza U1A zostanie wprowadzona kompensacja napięcia niezrównoważenia. Układ generatora sygnału trójkątnego wymaga zasilania napięciem symetrycznym.
Taki generator przebiegów można wykorzystać jako źródło sygnału testowego do diagnozowania wzmacniaczy elektroakustycznych, a także jako źródło sygnału dźwiękowego i modulacyjnego w syntezatorach muzycznych.
