LM358 DataSheet-описание и схема включения

Обозначение и технические характеристики

Компаратор – это устройство, которое сравнивает два разных напряжения и силу тока, выдает конечный силовой сигнал, указывая на большее из них, одновременно производя расчет соотношения. У него есть две аналоговые вводные клеммы с положительным и отрицательным сигналом и один двоичный цифровой выход, как и у АЦП. Для отображения сигнала используется специальный индикатор.

УГО отображение компаратора выглядите следующим образом:

Фото — УГО компаратора

Изначально использовался только интегрированный компаратор напряжения (MAX 961ESA, PIC 16f628a), который известен как высокоскоростной. Он требует определенного дифференциального напряжения в определенном диапазоне, который существенно ниже, чем напряжение сети питания. Эти приборы не допускают никаких других внешних сигналов, которые находятся вне диапазона напряжения сети.

Сейчас гораздо чаще используется аналоговый цифровой компаратор (Attiny/ Atmega 2313), у которого транзисторный ввод. У него вводный потенциал сигнала находится в диапазоне менее 0,3 Вольт и не поднимается выше. Устройство может быть также ультра быстрого типа (стереокомпаратор), благодаря чему входной сигнал меньше обозначенного диапазона, к примеру, 0,2 Вольта. Как правило, используемый диапазон ограничивается только конкретным входным напряжением.

Характеристики LM358

Уникальное в своем роде изобретение, обладающее огромным количеством интересных особенностей.

Наше устройство насчитывает сразу два самостоятельных усилителей, которые предназначены для функционирования сети от начального генератора в большом интервале напряжений. “Действие” от раздельных аккумуляторов питания также возможна, если разница между ними двумя будет находиться в пределах интервала значений давления.

Также нужно сказать о том, что низкий ток потребления не зависит от величины напряжения питания, ведь блоки усиления электротока и все схемы обычных операционных усилителей, которые легко реализуются в системах с одним U-м питания могут работать напрямую от стандартного источника со значением пять Вольт.

Говоря о технических свойствах, необходимо выделить следующие:

1. Широкий диапазон питания от 3 В до 36 Вольт;
2. Обладает током покоя, величина которого 300 мкА;
3. Полоса пропускания инструмента составляет 1,2 МГц;
4. Расширение входного синфазного напряжения способно определять состояние вблизи земли, что позволяет играть роль “защитника” в электрической цепи;
5. Низкое начальное напряжение 3 мВ при 25 ° градусов способно доводить до максимума коэффициент полезного действия;
6. Наличие внутренних фильтров “RF2 и “EMI” гарантирует безопасность прибора при его работе в структурах с однополярным питанием.

Для достижения наилучших эксплуатационных характеристик устройства примените такие методы:

● Обходные конденсаторы используйте для снижения связанного шума (за счет обеспечения источников питания низким сопротивлением);

● Подключите керамические аварийные конденсаторы с низким значением (до 0,1 мкФ) между каждым выводом и землей, расположенные как можно ближе к устройству;

● Убедитесь, что вы “физически” разделили цифровое и аналоговое заземление, обращая внимание на течение тока;

● Уменьшите “паразитную связь”.

Стоит сказать и о аппарате зарядки на LM358. При эксплуатации ОУ нередко производят установку, которая служит зарядкой и обладает солидным уровнем стабилизации и контроля давления на выводах.

Заметным свойством можно считать и наличие в его составе кремниевого диода, что обеспечивает точность при включении резистора.

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.

Разновидности компараторов

Большинство компараторов строится на схемах операционных усилителей, охваченных цепью положительной обратной связи. За счёт большого коэффициента усиления удаётся добиться отвесной передаточной функции каскада.

Характеристика операционного усилителя на неком участке линейна. График симметричен относительно нуля. При некотором значении Uогр происходит насыщение и выходное напряжение дальше не растёт. Это наблюдается в положительной области входных значений и в отрицательной. Описанное свойство используется для построения компараторов.

Операционный усилитель охватывается положительной связью, при коэффициенте её передачи обратно пропорциональном коэффициенту передачи операционного усилителя, формула уходит в область бесконечности. От указанного параметра зависит крутизна графика, он становится вертикальным. Что требуется на практике для сравнения напряжений.

Эталоном допускается любое значение. К примеру, возможна реализация схемы перехода напряжения через нуль. Но в составе аналого-цифрового преобразователя измеряемая величина в рамках интервала считается постоянной, опорное напряжение растёт, пока не сравняется. И в этот момент вырабатывается импульс совпадения.

Пороговый компаратор

Пороговый компаратор напряжения – упоминается в литературе. Передаточная характеристика его однозначна – когда разница на входах операционного усилителя становится равной нулю, возникает отклик на выходе. Обратное движение вдоль передаточной характеристики идёт по прежней траектории.

Он организован, как рассказано выше: операционный усилитель охвачен петлёй обратной связи для получения крутой, отвесной передаточной характеристики. Но остаётся некая малая погрешность. Эталонное напряжение принято подавать на неинвертирующий вход.

Гистерезисный компаратор

Гистерезисный компаратор получил название за то, что коэффициент передачи цепи обратной связи меняется по абсолютному значению и по знаку. В результате получают семейство передаточных характеристик, позволяющее создать компаратор, включающийся по одному значению напряжения, а выключающийся по иному.

Устройство оказывается полезным в случае наличия на линии высокочастотной помехи. И когда на заданном интервале измерения величина многократно изменяется, обычному компаратору напряжения легко промахнуться. Одновременно гистерезисный верно оценит с точностью до помехи и продержит сигнал на выходе, пока исследуемый процесс близок к эталону.

Любой реальный компаратор считается гистерезисным из-за наличия ошибки, отдельные виды специально имеют расширенную петлю в связи с описанными нюансами. Ярко выраженной прямоугольной характеристикой характеризуется триггер Шмитта. Его гистерезисная передаточная функция может служить для построения компаратора. Из-за наличия положительной обратной связи характеристика триггера Шмитта обладает ощутимой крутизной.

Уже для аналоговых схем порог чувствительности достигал 5-10 мВ, чего хватает в большинстве случаев. Поскольку время срабатывания триггера Шмитта уменьшается до 0,1 мкс, становится возможным процесс оценки сигналов частотой в сотни кГц (гораздо выше ультразвука). Представленный на рисунке триггер характеризуется большим температурным дрейфом и малым диапазоном измерения.

Ввиду простоты популярны балансные регенеративные схемы с диодами. Обратная связь здесь выполнена через трансформатор. За счёт использования средней рабочей точки становится возможным одновременно произвести и положительную, и отрицательную обратную связь. Сравниваемые напряжения подаются на катоды диодов (n-область, в районе которой нарисована перпендикулярная черта). Рабочая точка транзистора выбрана в начале вольт-амперной характеристики, ток базы рассчитывается так, чтобы не произошло насыщения.

Конденсатор выполняет гальваническую развязку базы и входной цепи. Если диод Д1 заперт, а Д2 — открыт, работает отрицательная обратная связь. В результате генерации не происходит. В обратном случае блокинг-генератор производит первый импульс. Его положительный фронт свидетельствует, что эталон сравнялся с оцениваемой величиной. Чувствительность балансной регенеративной схемы может достигать 1 мВ.

Компараторы на туннельных диодах хороши малыми габаритами, отличным быстродействием, низким уровнем шумов, низкими переключающими порогами по мощности. Механическая прочность и стойкость полупроводников общеизвестны. Туннельные диоды считаются редкими приборами, не боящимися радиации, что делает их популярными в специальных применениях. Вдобавок сопротивление таких компараторов крайне мало, что снижает чувствительность.

Характеристика туннельного диода содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, что позволяет реализовать нужную передаточную функцию. Очевидным недостатком схемы становится низкая точность. Вольт-амперная характеристика туннельного диода слишком пологая. Зато по простоте этот компаратор нельзя сравнить с любым другим типом устройств. Его пока нельзя назвать гистерезисным, для получения этого типа характеристики требуется, как минимум, два туннельных диода.

Самый простой компаратор

При помощи двух туннельных диодов нетрудно построить простейший компаратор, включая их по схеме твин. Предполагается, что элементы идентичны. Передаточная характеристика системы сильно зависит от напряжения питания схемы. Характеристики легко изменяются, что обусловливает большую гибкость применения. Чувствительность измеряются по току, и экспериментально полученные значения лежат в области 8 мкА при частоте тактирования 200 МГц, 3 мкА – при 50 МГц.

Деление по принципу действия

Помимо чисто функциональных особенностей, рассмотренных выше, компараторы делятся по принципу действия на:

1. Регенеративные.
2. Генераторные.
3. Амплитудно-импульсные.
4. Модуляторные.

Речь здесь идёт о формируемых устройствами выходных сигналах. В работе компаратора напряжения выделяют два процесса: сравнение величин и формирование выходного сигнала. Статическая ошибка обусловлена лишь двумя причинами:

1. Шумами.
2. Температурным дрейфом и старением.

Маркировка

Префикс LM сначала использовался при маркировке общего назначения компанией National Semiconductor. Цифры “358” это ее серийный номер. В 2011 году эта компания была приобретена другим производителем электроники Texas Instruments. С этого года префикс “LM” является кодом производителя Texas Instruments, но несмотря на это, этот код используют и другие производители при маркировке своей продукции. Микросхемы LM358, LM358-N и LM358-P имеют одинаковые технические параметры. У большинства компаний-производителей символами “-N” , “-P” обозначаются пластиковые корпуса PDIP.

В технических описания встречается такие виды: LM358A, LM358B, LM358BA. Так указывается версии следующего поколения промышленного стандарта LM358. Устройства «B» могут быть доступны в более современных микрокорпусах TSOT и WSON.

Цоколёвка, распиновка

Подключение LM358

Наш технический инструмент, пожалуй, является самым популярным техническим прибором в спутниковой электронике, ведь его можно использовать в различных структурах, которые осуществляют повышение уровня блок-сигналов в разнообразных установках генератора, в аналого-цифровых преобразователях и в других аппаратах.

Так как его причисляют к элементам, способным получить большую ширину назначения в конструировании тех систем, которые контролируют уровень температур и других характеристик, его схема подключения основывается на обычных цепях.

Итак, выводы датчика соединяют с сетями питания (однополярного или двухполярного), где происходит формирование “главного сигнала”.

Уже потом в строениях усилителя образуются линии тока, способные регулировать и контролировать наш «импульс», преобразовывая его так, чтобы значение подходило для правильного функционирования электросети (то есть с минимальными потерями).

После подключения можно будет определить величину температуры, которая варьируется в диапазоне от одного градуса по Цельсию до тысячи. Именно величина T определит, как свою деятельность будут организовывать следующие элементы системы:

1. придаточный усилитель;
2. формализатор деформации тока;
3. «холодильник» преобразования напряжения;
4. двойной блок с обратным значением регуляции;
5. интегральный корпус дифференциального регулирования;
6. конструктор обеспечения;
7. контроллер частоты выводов.

Предельно допустимые значения

Данные в таблице действительны при температуре воздуха 25°С.

Параметр Обозн. Величина Ед. изм.

Напряжение питания			Vdc
простое	VCC	32
раздельное	VCC, VEE	±16
Диапазон входного дифференциального напряжения	VIDR	±32	Vdc
Диапазон входного синфазного напряжения	VICR	−0.3…+32	Vdc
Продолжительность короткого замыкания на выходе	tSC	непрерывно
Температура кристалла	TJ	150	°C
Тепловое сопротивление кристалл-воздух	RθJA		C/W
Case 846A		238
Case 751		212
Case 626		161
Температурный диапазон хранения	Tstg	−65…+150	°C
Температурный диапазон окружающей среды при работе	TA	0…+70	°C

Электрические параметры

Данные действительны при температуре воздуха 25°С.

Параметр Обозн. Мин. Тип. Макс. Ед. изм.

Разница входных напряжений смещения VCC = 5…30 V, TA = 25°C	VIO		2	7	mV
Средний температурный коэффициент VIO, при TA = Thigh…Tlow	ΔVIO/ΔT		7		µV/°C
Разница входных токов смещения	IIO		5	50	nA
Входной ток смешения	IIB		-45	-250	nA
Средний температурный коэффициент IIO	ΔIIO/ΔT		10		pA/°C
Максимальное значение входного синфазного напряжения при напряжении питания 30 V	VICR		28,3		V
Дифференциальное входное напряжение	VIDR			VCC	V
Коэффициент усиления большого сигнала с разомкнутой обратной связью	AVOL	25	100		V/mV
Коэффициент разделения каналов 1,0 kHz ≤ f ≤ 20 kHz	CS		-120		dB
Коэффициент подавления синфазного сигнала	CMR	65	70		dB
Подавление помех в цепи питания	PSR	65	100		dB
Верхний предел выходного напряжения VCC = 5.0 V	VOH	3,3	3,5		V
VCC = 30 V		27	28
Нижний предел выходного напряжения VCC = 5.0 V	VOL	5	20		mV
Выходной ток – нагрузка на землю VCC = 15 V	IO +	20	40	—	mA
Выходной ток – нагрузка на плюс источника питания
VCC = 15 V		10	20		mA
VO = 200 mV		12	50		µA
Ток короткого замыкания на землю	ISC		40	60	mA
Ток потребления микросхемы					mA
VCC = 30 V			1,5	3
VCC = 5 V			0,7	1,2

ESD – защита от электростатического разряда

• HBM (модель человеческого тела – имитирует контакт с человеком) – 2000 V.
• ММ (модель машины – имитирует контакт с оборудованием) – 200 V.

Программирование и компаратор

Компоратор используется не только как часть электрической схемы ШИМ и т. д., его часто используют для создания отдельных программ или их компонентов. Например, устройство часто используется для создания java-коллекций.

1. Чтобы работать, Вам понадобится специальная программа Maven. Для начала Вам нужно создать проект, для полноценной работы необходимо подключение к интернету. Создаете новый проект, в структуре выберете два компонента: comparator и pojo. Наличие проверяется при помощи утилиты JUnit 4.11;
2. Установите pom.xml и создайте новый файл. Прерывание процесса недопустимо, поэтому очень важно на каждом этапе сохранять. После осуществляется создание и настройка POJO, где указываются нужные настройки. Параметры зависят от требований к конкретной библиотеке. Это могут быть даты рождения, общая информация по проживанию и т. д.;
3. И только после создается компаратор. Это класс, который используется для поверки данных и их распределения по нужным папкам. Использование данного класса необходимо, если нужно отсортировать определенную информацию по заданным параметрам (цвета, размеры, даты). Благодаря этому обеспечивается защита данных и их классификация по определенному принципу.

Купить готовый компаратор можно в любом магазине радиотехнических приборов и электротехники. Цена прибора варьируется в зависимости от его назначения и количества каналов.

Для управления электронными схемами применяются различные устройства, которые помогают настраивать и разветвлять сигналы. Для сравнения двух разных импульсов часто используется компаратор с однополярным питанием.

Аналоги LM358

Наш инструмент имеет достаточное количество прототипов, о которых , безусловно, мы вам и расскажем. Начать, пожалуй, следует с самых популярных “ЛМ”: “258”, “158”, “209”, “4092, “307”, “2902”. Они имеют схожие характеристики и имеют практически идентичное внутреннее строение. Это объясняется тем, что выпускают их, чаще всего, из одного производственного учреждения.

Если же говорить о тех приборах, которые все-таки имеют небольшие отличия, касающиеся тепловых или электрических свойств, то, прежде всего, необходимо отметить: “на-157”, “оп-122”, “са 358”, “та-6165”, “ора-257”. Структурный состав вышеназванных датчиков менее качественен, поэтому они меньше стоят, однако служат долго.

Описание более известных

Вспоминая те измерители, которые больше всего похожи на наш, нельзя ни в коем случае не сказать о ряде их особенностей, играющих ключевую роль в эксплуатации.

Итак, выделим следующие:

1. Частотная компенсация, реализованная внутри;
2. Большой коэффициент усиления постоянного напряжения: 100 Д.;
3. Широкая полоса пропускания: (1,1 МГц.)(с температурным “возмещением”)
4. Очень маленький электроток питания на каналах (практически не зависящий от мощности держания и электропитания);
5. Небольшая величина начального тока смещения и U-я: 20 нА и 2 мВ;
6. Масштаб и объем входящего “гравитационного” с напряжения включает отрицательные рельсы;
7. Большое изменение выходного давления: от нуля Вольт до плюс-минус полтора.

Описание менее известных

Так называемые “дешевые аналоги” обладают такими характеристиками:

1. Высокий коэффициент передачи сигнала на первичную фазу;
2. Легкий вид интегральной схемы;
3. Присутствие “неинвертирующих” и “инвертирующих” точек;
4. Упрощение сложных математических модулей;
5. Сопротивление на выводах равно нулю (бывают редкие исключения из правил).

Достоинства и применение LM358

Операционный усилитель имеет ряд достоинств, о которых нужно сказать. Итак, данное устройство обладает высокой чувствительностью, отличной компактностью и прекрасной надежностью. Кроме того, оно универсально в использовании, ведь не включает в свою систему сложных узлов, выступающих в качестве помех.

Как мы говорили ранее, наш прибор функционирует и при двухполярном процессе, и при однополярным, это объясняется высокой скоростью и максимально-возможной частотой испускания сигнала.

Вследствие наличия таких качественных и эффективных свойств, LM358 находит широкое применение в жизни людей. Его используют в:

1. Приставках, вертушках и DVD плейерах;
2. Самодельных кинопанорамах;
3. Измерителях и счетчиках газа;
4. Простых проигрывателях;
5. Дигитальных узлах и установках;
6. Мультимедийных системах;
7. Полевых передатчиках;
8. Электродвигательных установках;
9. Двигателях и генераторах;
10. Датчиках термометра;
11. Весах.

Где приобрести LM358?

Как вы уже поняли, операционный усилитель широко применятся в быту. Возможно, кому-то из вас так же понадобится данное устройство, и вы зададитесь вопросом: “А где же его купить?”. Так вот, найти электроприбор не составит никакого труда. Достаточно перейти на сайт алиэкспресс, где большой выбор и приемлемая цена. Там вы обязательно найдете наш электрический прибор или его аналоги.

Схемы подключения

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.

Помогла ли вам статья?