LM358 是一款廣泛使用的雙路運算放大器芯片，由美國 National Semiconductor（現為德州儀器 TI）公司推出，屬于其常用的運算放大器系列之一。它以低功耗、寬電壓范圍、高輸入阻抗等優(yōu)點，廣泛應用于信號放大、濾波、信號調理等領域。本文將全面介紹 LM358 的主要參數、工作原理、特點、應用以及使用時需要注意的事項，幫助讀者深入理解該芯片的功能與特性。

1. LM358的主要參數

LM358 是一款雙路運算放大器，工作電壓范圍寬，適應多種工業(yè)和商業(yè)應用。下面列出了該芯片的一些關鍵參數。

1.1 電源電壓（V_S）

LM358 的工作電源電壓范圍為 3V 到 32V（單電源），或 1.5V 到 16V（雙電源）。這使得 LM358 可以在多種電源配置下使用，適應從低壓到較高電壓的工作環(huán)境，具有較強的靈活性。

1.2 輸出電壓范圍（V_out）

LM358 的輸出電壓范圍通常較寬，接近電源電壓。例如，當使用 5V 電源時，其輸出電壓可從 0V 到接近 5V。需要注意的是，由于 LM358 是一款常規(guī)運算放大器（并非軌到軌放大器），其輸出電壓并不能完全達到電源電壓的極限值。具體的輸出范圍取決于負載阻抗、輸入信號以及工作條件。

1.3 輸入偏置電流（I_B）

輸入偏置電流是指運算放大器的輸入端所需要的額外電流。LM358 的輸入偏置電流約為 100nA。該參數對于精密信號放大及高阻抗源電路中，尤其在需要高精度和低噪聲的應用中，至關重要。較小的輸入偏置電流可以減少電路設計中的誤差。

1.4 輸入偏置電壓（V_B）

輸入偏置電壓是指兩個輸入端之間的電壓差。在 LM358 中，輸入偏置電壓的最大值通常為 3mV，意味著在無輸入信號時，兩個輸入端之間會有一個小的電壓差。這對于某些高精度應用來說，需要特別注意。

1.5 共模輸入電壓范圍（V_ICMR）

LM358 支持的共模輸入電壓范圍為 0V 到 V+ - 1.5V（以單電源工作時為例）。這意味著 LM358 能夠在接近地電壓的情況下工作，適合于接收低電壓信號的應用。

1.6 開環(huán)增益（A_OL）

LM358 的開環(huán)增益通常為 100 dB，這表明在沒有反饋回路時，該芯片可以提供非常高的增益。開環(huán)增益決定了芯片對輸入信號的響應強度。需要注意的是，開環(huán)增益通常僅在頻率較低的情況下有效，隨著頻率的增加，增益會有所下降。

1.7 電流消耗（I_cc）

LM358 的靜態(tài)電流消耗較低，典型值為 1.2mA（每個放大器），這使得它適用于低功耗的設計。低功耗的特性尤其適用于便攜式電池供電設備。

1.8 輸出短路電流

LM358 提供短路保護功能，能夠在輸出短路時避免損壞。其輸出短路電流通常為 40mA，這對于大多數應用場合來說足夠使用。

1.9 噪聲性能

LM358 在低頻下的噪聲表現較好，適用于低噪聲要求的應用。盡管它不是專門設計用于高頻噪聲抑制，但在一般信號放大電路中，能夠提供足夠的噪聲性能。

2. LM358的工作原理

LM358 是一款雙運算放大器，它具有兩路放大器，可以分別進行獨立工作。LM358 的工作原理與傳統(tǒng)的運算放大器類似，主要通過輸入信號的差分放大作用，將輸入信號放大并輸出。其內部結構由多個晶體管、電阻和電容組成，通過這些元件的配置實現運算放大功能。

2.1 運算放大器的基本原理

運算放大器（Op-Amp）是一種具有非常高增益的電子放大器，其輸入端包含兩個輸入引腳：同相輸入（+）和反相輸入（-）。其主要工作原理是通過反饋機制實現高增益放大。理想情況下，運算放大器具有非常高的增益，使得輸入端的微小電壓差可以通過輸出端放大成較大的電壓差。

LM358 的基本工作原理與此類似，但由于其增益有限、輸出電壓不能完全達到電源電壓，因此在應用時需要考慮其限制。

2.2 電壓增益和反饋

LM358 的增益控制主要通過外部反饋電路實現。運算放大器通過外部的反饋電阻決定其增益，使得輸出信號能夠與輸入信號保持一定比例。通過選擇合適的反饋電阻，可以實現不同的增益設置。

在實際應用中，反饋回路不僅用于增益設置，還能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少由于增益過高帶來的振蕩問題。

3. LM358的特點

LM358 在實際應用中具有多個顯著特點，以下是一些關鍵特性。

3.1 低功耗特性

LM358 的工作電流非常低，典型值為 1.2mA（每個放大器）。這種低功耗特性使得它非常適合用于便攜式設備、可穿戴設備以及其他電池供電的系統(tǒng)中。在需要延長電池壽命或降低功耗的場合，LM358 是一個理想的選擇。

3.2 寬電壓范圍

LM358 的工作電壓范圍較寬，可以在單電源（3V 到 32V）或雙電源（±1.5V 到 ±16V）下工作。這使得它適應了各種不同電源電壓的系統(tǒng)，具有較強的適應性和靈活性。

3.3 高輸入阻抗

LM358 的輸入阻抗非常高，能夠接收來自高阻抗源的信號而不產生顯著的失真。這對于需要從高阻抗傳感器獲取信號的應用場景非常重要。

3.4 低輸入偏置電流

LM358 的輸入偏置電流較小（典型值為 100nA），這使得它在一些高精度測量中表現優(yōu)異。例如，在一些電流傳感器或電壓傳感器中，低輸入偏置電流可以顯著減少誤差。

3.5 共模抑制比（CMRR）

LM358 提供了較高的共模抑制比（CMRR），通常在 70 dB 左右，這意味著它能夠有效地抑制共模信號的影響，僅放大差模信號。CMRR 是運算放大器中非常重要的參數，決定了其在實際應用中的抗干擾能力。

4. LM358的應用

LM358 在電子設計中有著廣泛的應用。以下是一些典型的應用場景。

4.1 信號放大

LM358 可以用作信號放大器，將微弱的輸入信號放大至合適的輸出電平。它常用于傳感器信號的放大，尤其是在傳感器輸出信號較小的情況下。

4.2 濾波器設計

由于 LM358 具有較好的頻率響應特性，它被廣泛用于設計濾波器，特別是低通、帶通和高通濾波器。通過設計合適的反饋電路，LM358 可以實現信號的濾波功能。

4.3 比較器應用

LM358 還可以用于構建比較器電路。在比較器模式下，LM358 比較兩個輸入信號的電壓并根據電壓差決定輸出的狀態(tài)。該應用廣泛用于電壓監(jiān)測、過壓保護和電平轉換等場合。

4.4 微控制器接口

LM358 還常用于與微控制器（MCU）接口，提供模擬信號的處理。它可以將傳感器采集的模擬信號轉換為數字信號，供微控制器處理。

5. 使用LM358時的注意事項

盡管 LM358 是一種非常實用的運算放大器，但在實際使用時需要考慮以下幾點：

5.1 輸出電壓范圍

LM358 并非軌到軌輸出運算放大器，因此其輸出電壓并不能完全達到電源電壓的極限。具體來說，LM358 的輸出電壓通常只能達到電源電壓的約 1.5V 左右。舉例來說，在使用 5V 電源時，輸出電壓可能只能達到 3.5V 或更低，具體取決于負載電阻和工作條件。因此，在設計電路時，需確保系統(tǒng)的輸出要求不超過 LM358 能提供的電壓范圍。

5.2 輸入信號范圍

雖然 LM358 的輸入共模電壓范圍較寬，但它的輸入信號范圍仍受到一定限制。在單電源配置下，LM358 的輸入電壓應保持在接近電源電壓的 1.5V 以內，才能保證良好的工作性能。在一些應用中，如果輸入信號的電壓超過了輸入共模電壓范圍，可能會導致增益下降，甚至輸出失真，因此需要在電路設計時注意輸入信號的電壓范圍。

5.3 電流負載能力

LM358 設計用于驅動較輕的負載，并且其輸出電流有限。在驅動大電流負載時，應選擇適當的外部電流放大器或緩沖器，以避免超載和損壞芯片。LM358 的輸出電流通常在幾十毫安的范圍，因此不適合直接驅動高功率負載。

5.4 溫度范圍

LM358 的工作溫度范圍通常在 -40℃ 到 +85℃ 之間，這意味著在極端環(huán)境下，可能會導致其性能波動或失效。因此，在高溫或低溫應用中，需要特別注意芯片的工作環(huán)境，并采取適當的散熱或溫控措施。

5.5 防靜電保護

LM358 對靜電放電（ESD）比較敏感，尤其是在接口引腳（如輸入端、輸出端）上。因此，在電路設計和實驗過程中，需要采取防靜電措施，例如使用靜電放電保護二極管、避免靜電觸碰等。否則可能會導致芯片損壞或降低其使用壽命。

6. LM358與其他運算放大器的比較

LM358 雖然是一款非常常見且實用的運算放大器，但市場上還有許多其他運算放大器與其功能和性能類似。以下是 LM358 與幾款常見運算放大器的簡單比較：

6.1 與 TL081 比較

TL081 是一款低噪聲、單路運算放大器，與 LM358 的雙路運算放大器不同。TL081 提供較低的輸入噪聲和更高的輸入阻抗，適用于高精度信號處理。而 LM358 則具有更低的功耗和更廣泛的電源電壓范圍，在電池供電和低功耗應用中更為常見。TL081 的輸出電壓范圍較寬，適用于要求較高的應用。

6.2 與 LM324 比較

LM324 是另一款雙路運算放大器，其工作原理與 LM358 相似。兩者的主要區(qū)別在于 LM324 的輸入偏置電流略大，而 LM358 的輸入偏置電流較小，適用于一些高精度的應用。另外，LM324 的功耗稍高于 LM358，因此在低功耗設計中，LM358 更具優(yōu)勢。

6.3 與 LM393 比較

LM393 是一款雙路比較器，與 LM358 的運算放大器功能不同。LM393 的主要用途是將模擬信號與參考電平進行比較，而 LM358 主要用于信號放大和濾波。LM393 具有更快的響應速度和更高的比較精度，但不具備運算放大器的增益特性。在應用中，LM358 可以充當信號放大器，而 LM393 更多地用于電壓比較和電平檢測。

7. LM358的常見應用電路

LM358 在實際應用中非常廣泛，特別是在需要雙路放大的電路設計中。以下是一些典型的 LM358 應用電路：

7.1 電壓跟隨器（Buffer）

電壓跟隨器是一種常見的應用，它能將輸入電壓跟隨并輸出相同的電壓，但不改變信號的幅度。LM358 可以通過設置合適的反饋電路來實現電壓跟隨器功能。該電路常用于信號傳輸中，提供高輸入阻抗和低輸出阻抗。

7.2 差分放大器

LM358 可以作為差分放大器使用，比較兩個輸入信號的差值并進行放大。差分放大器常用于測量傳感器輸出的微弱差值信號，并將其放大以供后續(xù)處理。典型應用包括溫度傳感器、壓力傳感器等。

7.3 非反相放大器

在非反相放大器配置中，LM358 可以實現信號的增益放大。通過設置反饋電阻，可以控制增益的大小，適用于對信號進行有控制的放大。此電路常用于音頻放大、信號處理等應用。

7.4 比較器電路

LM358 的另一種常見應用是作為比較器使用。在此配置下，LM358 對兩個輸入信號進行比較，當一個輸入信號大于另一個時，輸出信號會變化。該應用常見于電壓監(jiān)測、電平轉換、過壓保護等場合。

7.5 濾波器電路

LM358 也可以應用于濾波器設計，尤其是低通、高通和帶通濾波器。通過配置適當的電阻和電容，LM358 能夠在信號處理中去除不需要的頻率成分，保留所需的信號頻率。

8. 總結

LM358 是一款具有廣泛應用的雙運算放大器芯片，憑借其低功耗、寬電壓范圍、高輸入阻抗等特點，已成為許多電子設計中不可或缺的元件。無論是信號放大、電平轉換、濾波器設計，還是作為比較器等，LM358 都能發(fā)揮出色的性能。通過合理的電路設計，LM358 能夠滿足各種應用的需求，并在低功耗系統(tǒng)中表現出色。

盡管 LM358 在性能上有其局限性，如輸出電壓范圍和負載能力等，但在大多數常規(guī)應用中，它仍然是一個非常合適的選擇。了解 LM358 的參數特性及其應用，能夠幫助設計者更好地利用該芯片，實現穩(wěn)定且高效的電路設計。