Operační zesilovač LM358 nabízí mnoho možností použití v nejrůznějších aplikacích a má obrovské množství dalších praktických výhod. Patří mezi ně především široký rozsah napájecího napětí, schopnost fungovat v jednoduchých obvodech s jedním napájením, nízká spotřeba proudu, široká šířka pásma, nízký klidový proud a vestavěná frekvenční kompenzace zaručující stabilní provoz obvodu.
Mezi oblíbené aplikace zesilovače LM358 patří. převodníky měřicího signálu a elektroakustické zesilovače. Čip LM358 je velmi oblíbený jak u amatérů, tak u profesionálů. Verze v pouzdře SO8 je určena pro povrchovou montáž (SMD).
Operační zesilovač LM358 – SMD – hardwarové vlastnosti
Integrovaný obvod LM358 je dvojitý operační zesilovač založený na bipolárních tranzistorech (BJT). Konstrukce tohoto zesilovače umožňuje symetrické napájení i napájení z jednoho zdroje, takže jej lze použít i v jednodušších konstrukcích zařízení napájených z baterií. Rozsah napájecího napětí je mezi 3 V a 30 V, což umožňuje, aby čip LM358 pracoval s moderními zařízeními založenými na procesoru ARM, která jsou napájena standardním napájecím napětím 3,3 V, ale lze jej napájet také symetricky napětím ±15 V, což je běžné napájení v audio zesilovačích. Vestavěná frekvenční kompenzace zvyšuje stabilitu čipu LM358. Tento zesilovač může pracovat v různých konfiguracích typických pro operační zesilovače, například jako napěťový sledovač, integrační obvod, diferenční obvod, generátor polyharmonického průběhu, frekvenční filtr nebo komparátor napětí.
Obr. 1 ukazuje ekvivalentní schéma zapojení LM358 v pouzdře pro povrchovou montáž SOIC8 (SMD).
Funkce jednotlivých vodičů obvodu podle obr. 1 jsou následující:
- 1 – Výstup č. 1
- 2 – Invertující vstup č. 1
- 3 – Neinvertující vstup č. 1
- 4 – Zem (GND) / záporné napájecí napětí (VEE)
- 5 – Neinvertující vstup č. 2
- 6 – Invertující vstup č. 2
- 7 – Výstup č. 2
- 8 – Kladné napájecí napětí (VCC)
Operační zesilovač LM358 jako komparátor napětí
Jednou z nejoblíbenějších a nejjednodušších aplikací operačního zesilovače LM358 je jeho použití jako komparátoru napětí. Úkolem takového obvodu je porovnat dvě napětí přivedená na jeho vstupy a podle toho, na kterém vstupu je nižší napětí a na kterém vyšší, vydat na výstupu logický nízký nebo vysoký stav. Příklad schématu zapojení obvodu LM358 v režimu komparátoru je uveden na obrázku 2. V takovém obvodu je zesilovač napájen samostatně vzhledem k zemi. Na jeho invertující vstup je připojen zdroj referenčního napětí “VREF”, jehož hodnota závisí na hodnotě rezistorů R1 a R2 tvořících dělič napětí podle vztahu (1.1).
Princip takového obvodu spočívá v přivedení napětí na vstup “VIN”, jeho porovnání s napětím “VREF” a vydání odpovídajícího logického stavu na výstupu “VOUT”. Pokud je napětí na vstupu “VIN” menší než napětí “VREF”, udržuje se na výstupu komparátoru nízký stav, tj. napětí s hodnotou blízkou napájecímu napětí země. Na druhé straně, když je na vstup “VIN” přivedeno napětí vyšší než referenční napětí “VREF”, je na výstupu “VOUT” zesilovače udržován vysoký stav, tj. napětí s hodnotou blízkou napájecímu zemnímu napětí “+VCC”. Příklady aplikací obvodu LM358 pracujícího v režimu komparátoru zahrnují termostat, regulátor výstupního napětí alternátoru a také měřicí přístroje.
LM358 jako generátor časového průběhu
Operační zesilovače, včetně LM358, lze použít také jako generátory, tj. obvody, které vytvářejí vhodně tvarované časové průběhy napětí. Obr. 3 ukazuje schéma příkladu použití obvodu LM358 jako regulovaného generátoru trojúhelníkového průběhu.
K sestavení takového obvodu byly použity dva zesilovače standardizované v jednom obvodu LM358. Na výstupu “TRI OUT” se získá trojúhelníkový signál, jehož frekvence je regulovaná a závisí na nastavení potenciometru RV2, přičemž amplituda tohoto signálu je konstantní bez ohledu na nastavení frekvence. Regulace amplitudy signálu (nastavením hystereze) se provádí potenciometrem RV1.
Obvod U1B je integrátor, tj. integruje napětí přivedené na jeho invertující vstup a funguje jako generátor pilovitého napětí, zatímco obvod U1A funguje jako prahový detektor s funkcí resetu, který funguje podobně jako Schmittův klopný obvod s hysterezí. Hystereze je řízena potenciometrem RV1 umístěným ve zpětnovazební smyčce spolu s rezistorem R1.
Princip činnosti obvodu spočívá v periodické změně hodnoty saturačního napětí na výstupu obvodu U1A a generování kladné a záporné hrany trojúhelníkového signálu na výstupu obvodu U1B v opakovaném, tj. periodicky. Obvod prahového detektoru, postavený na zesilovači U1A, mění svůj stav na výstupu podle napětí na výstupu “TRI OUT”, které je přivedeno zpětnou vazbou přes rezistor R3 na neinvertující vstup zesilovače U1A. Frekvence signálu na výstupu integrátoru U1B závisí na odporu rezistoru R2, nastavení potenciometru RV2, kapacitě kondenzátoru C1 a na maximální a minimální hodnotě saturačního napětí na neinvertujícím vstupu prahového detektoru U1A. Na druhé straně se amplituda signálu na výstupu integrátoru U1B vypočítá z poměru odporu rezistoru R3 k součtu odporu rezistoru R1 a nastavení odporu potenciometru RV1, přičemž se zohlední hodnoty saturačních napětí detektoru U1A. Vzestupná a sestupná hrana, které tvoří trojúhelníkový průběh, mají stejnou dobu trvání a amplitudu, když se saturační napětí v U1A vzhledem k modulu navzájem rovnají. Úroveň signálu na výstupu “TRI OUT” může být vyvážená vzhledem k potenciálu země, když se na invertující vstup prahového detektoru založeného na zesilovači U1A zavede kompenzace nesymetrického napětí. Obvod generátoru trojúhelníkového signálu vyžaduje symetrické napájecí napětí.
Takový generátor průběhů lze použít jako zdroj testovacího signálu pro diagnostiku elektroakustických zesilovačů a jako zdroj zvukového a modulačního signálu v hudebních syntezátorech.
