一、LM358簡介與供電需求

LM358 是一種經(jīng)典的雙運(yùn)算放大器芯片，由德州儀器 (TI) 公司最早推出，廣泛應(yīng)用于電子線路設(shè)計中。其內(nèi)部包含兩個獨(dú)立的運(yùn)算放大器，可同時處理兩個通道的信號放大任務(wù)。LM358 之所以受到設(shè)計師們的青睞，主要因為它具備較低的功耗、較寬的電壓供電范圍、穩(wěn)定的性能、并且性價比高。

1.1 LM358 的供電范圍

LM358 的供電范圍較為靈活，可接受的工作電壓為 3V 到 32V，也可以在±1.5V 到±16V 的雙電源模式下工作。這樣的供電范圍允許 LM358 在多種供電環(huán)境中使用，如電池供電、DC適配器供電、甚至是太陽能供電等。這使得 LM358 能適應(yīng)從簡單的傳感器放大電路到更為復(fù)雜的音頻放大電路等多種場合。

1.2 LM358 的內(nèi)部供電結(jié)構(gòu)

LM358 的內(nèi)部供電采用了低功耗的設(shè)計思路。內(nèi)部電路包括偏置電流鏡、差分輸入級、放大級、和輸出級。它在保持低靜態(tài)電流的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)信號的增益放大。這種設(shè)計保證了 LM358 在低電壓供電情況下依然能夠正常工作，尤其適合低功耗電路的應(yīng)用。

二、常見供電方式與適用場合

LM358 的供電方式多樣，主要分為單電源供電和雙電源供電。不同的供電方式適用于不同的應(yīng)用需求，接下來詳細(xì)分析這兩種方式及其適用場合。

2.1 單電源供電

單電源供電是 LM358 中最為常見的供電方式。在這種方式下，僅需要一根正電源和一根接地線來為 LM358 供電。這種供電方式在電路設(shè)計中較為簡單，適合電池供電、低功耗應(yīng)用、便攜式設(shè)備等場合。

單電源供電的優(yōu)勢是簡單易行、功耗低，并且適合一些低電壓需求的場景。例如，LM358 可以在 5V 電壓下供電，方便直接與數(shù)字電路的控制部分連接。

在單電源供電的情況下，運(yùn)放輸出信號的擺幅受到一定限制，即只能在 0V 到 Vcc 范圍內(nèi)變化，無法達(dá)到負(fù)輸出電壓。因此，單電源供電的 LM358 運(yùn)放通常用于只需正極信號的電路，如傳感器放大電路、簡單濾波電路等。

2.2 雙電源供電

雙電源供電方式則適用于需要正負(fù)電壓擺幅的應(yīng)用場合。在這種方式下，LM358 通過兩個電源提供正負(fù)電壓，一般接入 ±12V 或 ±15V 的電源，可以實(shí)現(xiàn)更大的輸出信號擺幅。因此，雙電源供電適合需要全擺幅信號的電路，尤其是音頻信號處理電路和一些精密的傳感信號放大電路等。

在雙電源供電模式下，LM358 的輸出可以在負(fù)電壓和正電壓之間變化，適用于處理交流信號。這樣，電路設(shè)計師可以確保 LM358 在不失真的情況下放大交流信號，尤其適合音頻放大器、振蕩電路等需要交替輸出的場景。

雙電源供電的缺點(diǎn)在于電路較為復(fù)雜，且電源的占用和成本有所增加，但這在一些精密電路設(shè)計中是必要的。

三、供電對LM358性能的影響

供電電壓對 LM358 的性能有直接的影響，特別是在噪聲、增益帶寬、信號擺幅等方面。以下是幾項重要的參數(shù)和供電電壓的關(guān)系。

3.1 噪聲表現(xiàn)

隨著供電電壓的增加，LM358 的信號噪聲也會略有上升。因此，在一些低噪聲要求的電路中，供電電壓不宜過高。通常在低噪聲放大器電路中，LM358 會采用 5V 或 3.3V 的供電，降低工作電流以減少熱噪聲和射頻干擾的影響。

3.2 增益帶寬

LM358 的增益帶寬與供電電壓呈正相關(guān)關(guān)系。在較低供電電壓下，增益帶寬有所下降，導(dǎo)致放大能力受到一定限制。而在較高供電電壓（如 12V 或 15V）時，LM358 能提供更高的增益帶寬。因此，在高頻信號處理或大增益放大的應(yīng)用中，建議使用較高的供電電壓，以保證信號質(zhì)量。

3.3 輸出擺幅

LM358 的輸出擺幅會受供電電壓的直接影響。對于單電源供電的情況，輸出信號的擺幅一般接近 0V 至 Vcc。然而，隨著供電電壓的增加，輸出擺幅的范圍也會變大，從而適用于需要更高信號幅值的應(yīng)用場景。

3.4 功耗與散熱

供電電壓增加時，LM358 的功耗也會隨之增加，這主要體現(xiàn)在偏置電流和功率消耗方面。在某些高電壓供電（例如 30V）情況下，LM358 的功耗和散熱需求會顯著上升。為了避免芯片過熱，設(shè)計師通常會選擇適當(dāng)?shù)纳崞骰蚪档凸╇婋妷海员３?LM358 穩(wěn)定工作。

四、不同應(yīng)用中的供電設(shè)計實(shí)例

LM358 廣泛應(yīng)用于傳感器放大、信號處理、濾波、音頻放大等電路中。以下從幾種常見的應(yīng)用場景出發(fā)，介紹其供電設(shè)計的細(xì)節(jié)。

4.1 傳感器信號放大電路

在傳感器信號放大電路中，LM358 經(jīng)常用于溫度傳感器、光傳感器等信號的前級放大。在這種應(yīng)用中，LM358 一般采用單電源供電，以減少功耗。例如，利用 5V 電壓供電，運(yùn)放的輸出信號與單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電壓相匹配，便于信號的后續(xù)數(shù)字化處理。

4.2 濾波器電路

LM358 可以用于設(shè)計多種濾波器電路，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波等。在這些應(yīng)用中，LM358 的供電電壓影響濾波器的頻率響應(yīng)和輸出幅度。通常在音頻濾波器設(shè)計中，會選擇 ±12V 或 ±15V 的雙電源供電方式，以使得濾波電路能夠處理交流信號且不失真。

4.3 音頻放大電路

在音頻放大應(yīng)用中，LM358 的供電電壓決定了輸出功率和音質(zhì)。通常，設(shè)計師會選擇 12V 或 15V 的電壓供電，以保證足夠的輸出幅度。對于更高保真度的音頻電路，還可以選擇 ±12V 雙電源供電，這樣可以確保 LM358 不會出現(xiàn)削波失真，改善音頻信號的保真度。

4.4 電壓比較器電路

LM358 也經(jīng)常作為電壓比較器使用，用于電池電量監(jiān)測、電壓檢測電路等應(yīng)用中。在這些應(yīng)用中，LM358 的供電電壓影響比較器的響應(yīng)速度和檢測精度。對于一些低電壓檢測電路，設(shè)計師會選擇 3.3V 或 5V 的供電，這樣可降低功耗，并與后級邏輯電路電壓兼容。

五、LM358 供電的優(yōu)化技巧

在實(shí)際電路設(shè)計中，合理的供電設(shè)計可以優(yōu)化 LM358 的性能，延長其壽命并降低功耗。以下是一些常用的供電優(yōu)化技巧。

5.1 選擇適當(dāng)?shù)碾妷?/span>

設(shè)計電路時，供電電壓不宜過高或過低。過高的電壓會增加 LM358 的功耗，影響其壽命；而過低的電壓則可能導(dǎo)致增益不足，影響信號質(zhì)量。通常設(shè)計師會根據(jù)應(yīng)用需求選擇 3V、5V、12V 或更高的電壓，確保性能和功耗之間的平衡。

5.2 加入濾波電容

為了優(yōu)化 LM358 的供電質(zhì)量，可以在電源輸入端加入適當(dāng)?shù)臑V波電容，以減少電源噪聲的干擾。通常會在電源正極和地之間添加一個 0.1μF 的陶瓷電容，以濾除高頻噪聲；同時，還可以加入一個 10μF 的電解電容，用于平滑低頻電源波動。這些電容的組合能夠有效地減小電源噪聲，穩(wěn)定 LM358 的工作狀態(tài)。

5.3 使用穩(wěn)壓電源

如果電路對信號的精度要求較高，建議使用穩(wěn)壓電源來為 LM358 提供穩(wěn)定的供電。穩(wěn)壓電源可以避免電壓波動對運(yùn)放性能的影響，尤其是在工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等對信號可靠性要求較高的場合中。LM358 可以與 7805、LM317 等穩(wěn)壓芯片配合使用，這樣可以確保供電電壓的穩(wěn)定性，避免由電壓波動引起的失真或噪聲問題。

5.4 考慮溫度對供電的影響

溫度會對 LM358 的供電性能產(chǎn)生影響，特別是在高溫或低溫環(huán)境下。高溫條件下，芯片的功耗會增加，導(dǎo)致電路產(chǎn)生額外的熱噪聲。為此，設(shè)計師可以使用耐高溫的電源組件，確保電路在高溫環(huán)境中依然穩(wěn)定。同時，在極端溫度下運(yùn)行的電路中，還可以考慮使用散熱器或降低供電電壓，以減少芯片的熱量堆積。

5.5 使用電流限制電路

LM358 的供電電流在一定程度上決定了其輸出能力和保護(hù)性能。為防止電路短路或過流，可以在供電端添加一個限流電阻或電流限制電路，以保護(hù) LM358 免受過流損壞。通常限流電阻的阻值會選擇在數(shù)十歐姆到百歐姆之間，根據(jù)電路的需求進(jìn)行調(diào)整。

5.6 電源去耦設(shè)計

去耦電容的設(shè)計可以有效隔離電源中的噪聲和其他電路干擾，從而提高 LM358 的穩(wěn)定性。在實(shí)際設(shè)計中，設(shè)計師可以在每個運(yùn)算放大器的供電引腳和接地之間添加去耦電容，一般選擇 0.01μF 到 0.1μF 的陶瓷電容。這樣可以過濾掉電源中的高頻噪聲，確保 LM358 的輸入輸出信號不受干擾。

六、LM358 供電中的常見問題及解決方案

在 LM358 的實(shí)際供電設(shè)計中，可能會遇到一些常見問題，例如電源紋波過大、信號失真、輸出擺幅不夠等。以下列出一些典型問題及其解決方案。

6.1 電源紋波過大

電源紋波會導(dǎo)致 LM358 的輸出信號產(chǎn)生不必要的波動，影響信號的精確性。尤其是在低頻應(yīng)用中，紋波會導(dǎo)致信號失真。為了解決這個問題，設(shè)計師可以在電源端增加電解電容或更高容量的電容來平滑紋波，或選擇使用紋波小的穩(wěn)壓電源。

6.2 信號失真

如果供電電壓不足或電源電壓波動較大，LM358 的輸出信號可能會出現(xiàn)失真。出現(xiàn)這種情況時，可以適當(dāng)提高供電電壓，確保運(yùn)放在輸出時不會出現(xiàn)削波現(xiàn)象。同時，信號失真的原因還可能與放大倍數(shù)或負(fù)載電流相關(guān)，這時需要重新調(diào)整電路參數(shù)，確保信號質(zhì)量。

6.3 輸出擺幅不夠

輸出擺幅不夠的情況通常出現(xiàn)在單電源供電的應(yīng)用中，LM358 的輸出只能在 0V 到 Vcc 范圍內(nèi)變化。如果需要更大幅值的輸出信號，設(shè)計師可以改用雙電源供電，這樣輸出信號的擺幅可以覆蓋正負(fù)電壓范圍。此外，確保供電電壓滿足 LM358 的最低需求，也可以改善輸出擺幅。

6.4 輸出信號不穩(wěn)定

在一些環(huán)境噪聲較大的場合，LM358 的輸出信號可能會受到電源波動和干擾的影響而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了解決這一問題，可以在電源輸入端加入更多的濾波電容，尤其是使用高質(zhì)量的去耦電容和陶瓷電容。此外，還可以考慮使用屏蔽盒來隔離運(yùn)放電路，避免電磁干擾。

七、實(shí)際應(yīng)用中的供電設(shè)計案例

為了更好地理解 LM358 的供電設(shè)計，以下通過幾個實(shí)際應(yīng)用中的電路實(shí)例來說明不同的供電需求及其設(shè)計要點(diǎn)。

7.1 單電源供電溫度傳感器放大器

在溫度傳感器的信號放大電路中，LM358 常常采用 5V 的單電源供電。這樣不僅降低了功耗，而且簡化了電路結(jié)構(gòu)。此時 LM358 的輸出范圍在 0V 到 5V 之間，與 ADC 電路的輸入范圍匹配，便于單片機(jī)采集數(shù)據(jù)。為提高信號的準(zhǔn)確性，在 5V 電源端會加入 0.1μF 的陶瓷電容和平滑電解電容，以減少電源紋波的影響。

7.2 音頻放大器中的雙電源供電設(shè)計

在音頻放大電路中，LM358 需要處理交變的交流信號，因此需要雙電源供電，通常選擇 ±12V 或 ±15V。這樣可以確保信號擺幅達(dá)到更高的幅值，不會出現(xiàn)信號削波。為保證音質(zhì)，設(shè)計中會在電源端加入濾波電容，避免高頻噪聲對音頻信號的干擾。此外，還會設(shè)置穩(wěn)壓電源，確保 ±12V 電壓穩(wěn)定。

7.3 電池供電的便攜設(shè)備應(yīng)用

在一些便攜式設(shè)備中，LM358 常常使用 3.3V 或 5V 的電池供電。為了提高電池的使用壽命，LM358 的電源設(shè)計一般會加入低功耗模式，并且選擇低靜態(tài)電流的電源模塊。例如在傳感器應(yīng)用中，LM358 的低電流特性可以減少電池消耗。此外，在電池供電的設(shè)計中，會增加電壓保護(hù)電路，防止電池電壓過低導(dǎo)致的供電不足問題。

八、LM358 供電設(shè)計的注意事項

設(shè)計 LM358 的供電時，有幾個關(guān)鍵事項需要注意，以確保電路的穩(wěn)定性和性能。

8.1 供電電壓匹配

供電電壓的選擇應(yīng)與電路需求匹配。過高的電壓可能導(dǎo)致功耗增加，而過低的電壓會使 LM358 無法穩(wěn)定工作。設(shè)計中需根據(jù)應(yīng)用場景合理選擇供電電壓。

8.2 適當(dāng)?shù)纳峁芾?/span>

LM358 的功耗通常較低，但在高電壓或大電流條件下，散熱問題依然需要重視。為此，可以在 PCB 設(shè)計時預(yù)留散熱空間，或加入散熱片確保 LM358 在高溫環(huán)境中工作穩(wěn)定。

8.3 電源濾波和去耦

適當(dāng)?shù)碾娫礊V波和去耦可以減少電源噪聲對 LM358 的影響，從而提高輸出信號的質(zhì)量。尤其在高精度信號放大中，應(yīng)重視濾波電容的選擇。

8.4 電流保護(hù)設(shè)計

為避免過流損壞 LM358，可以加入限流電阻或過流保護(hù)電路。這樣不僅可以延長 LM358 的使用壽命，還可以提升電路的安全性。

九、總結(jié)

LM358 作為一種經(jīng)典的雙運(yùn)放芯片，其靈活的供電范圍和良好的穩(wěn)定性使其在電子設(shè)計中應(yīng)用廣泛。在供電設(shè)計方面，合理的供電電壓選擇、濾波電容的搭配、散熱和電流保護(hù)等措施能夠顯著提升 LM358 的性能。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，設(shè)計師可以采用單電源或雙電源供電模式，以滿足電路的特定要求。在實(shí)際設(shè)計中，綜合考慮供電的穩(wěn)定性、噪聲管理和功耗控制，將能使 LM358 發(fā)揮最佳的性能表現(xiàn)。