AVR-STM-C++: Усилитель звука на lm358

Пришла мне в голову идея собрать на lm358 усилитель для наушников. Идея вызвана тем, что мне срочно понадобился прибор для проверки операционных усилителей, а поскольку осциллографа у меня на данный момент нет, то решил собрать такой прибор своими руками. В качестве прибора будет выступать унч на lm358, так как именно этот ОУ мне надо проверить.

Для начала посмотрим характеристики LM358. Для этого найдем даташит на этот ОУ и обратим внимания на вот эту таблицу.

Из таблицы мы видим, каким напряжением можно питать lm358, это от 3 вольт до 30 при однополярном питании. Мой выбор остановился на 5 вольтах, так как это напряжение можно взять откуда угодно — хоть с порта USB, хоть с павербанка.
Дальше надо определится со схемой, это будет классическая схема усилителя на ОУ с отрицательной обратной связью. За основу возьмем схему из даташита и немного ее доработаем.

Резисторы RG и RF отвечают за глубину обратной связи, регулируя коэффициент усиления.

Резистор RIN ограничивает входной сигнал. Перед RIN поставим конденсатор, дабы отсечь постоянный ток, а RG можно сделать переменным, чтоб регулировать громкость. По питанию в обязательном порядке поставим электролитический конденсатор для того, чтоб не было краткосрочных просадок напряжения питания.

После сборки тестового образца звук был настолько ужасным, что схему пришлось существенно переделать. В итоге от того примера, что в datasheet, пришлось немного отступить. Путем вычислений а так же проб и ошибок сформировалась вот такая вот схема. Получился полноценный усилитель, который я нагрузил не наушниками, а 15-ти ваттными колонками сопротивлением 4 Ома. Усилитель конечно же не выдаст подобной мощности, просто эти колонки были в наличии.

Схема усилителя на LM358

Давайте разберем эту схему по порядку, что и зачем тут стоит. Первым делом начнем с конденсаторов C1 и C2. Изначально планировалось поставить керамические конденсаторы небольшой емкости, но практика показала, что лучше всего подошли конденсаторы большой емкости. Сначала поставил на 1 mF неполярный и это привело к громадным искажениям, при попытке подать сигнал в обход конденсатора искажения пропадали. Пробовал различные конденсаторы, в итоге лучше всего звучат электролитические конденсаторы, которые покупались мной для материнской платы. Возможно дело в ESR или в коэффициенте гармоник, которые напрямую зависят от качества конденсаторов и эти просто оказались более качественными, нежели остальные имеющиеся. К сожалению, замерить ESR или коэффициент вносимых гармоник не представляется возможным из-за отсутствия соответствующей измерительной аппаратуры.

Резисторы R1 и R2 на 22 Ома поставил дабы компенсировать высокое входное сопротивление микросхемы, выбор номинала обусловлен сопротивлением наушников, вместо которых подключается данный усилитель.

Резисторы R3, R4, R5 и R6 формируют отрицательную обратную связь. Изменяя значения резисторов R3 и R4 можно регулировать громкость, поэтому вместо них можно поставить один переменный сдвоенный резистор.

Я предпочел поставить постоянный и регулировать громкость на телефоне, к которому подключал данный усилитель.

Конденсаторы C3 и C4 емкостью 0,47 микрофарад выступают фильтрами, без них очень сильные искажения на высоких частотах. Это электролитические конденсаторы китайского производства и я подозреваю, что именно из-за своего качества (ESR и высокий коэффициент вносимых гармоник) они делают звук качественнее. Это как раз тот случай, когда плохое качество деталей улучшает схему. Хотя может быть я ошибаюсь и они просто выступают в роли фильтра.

Если поставить параллельно R5 и C3 переменный резистор номиналом 10-50 кОм и конденсатор 47 нанофарад, можно получить фильтр высоких частот. Получится усилитель с регулятором баса, но для этого такое же изменения надо внести и во второй канал.

Переходим к конденсаторам C5 и C6. Они отфильтровывают постоянный ток на выходе усилителя, и с ними та же ситуация, что и с конденсаторами на входе. Поставил те, которые предназначались для установки на материнскую плату компьютера, с другими попросту растут искажения. И это даже учитывая то, что данные электролиты я покупал лет 7-10 назад и за период хранения их характеристики должны были бы ухудшиться.

Резисторы R7 и R8 компенсируют низкий импеданс нагрузки, без них очень сильные искажения. Поставил номиналом в 22 Ома, по примеру тех же наушников.

В качестве нагрузки выступают советские колонки 15 ватт — то, что было в наличии. Звук вполне приличный, на максимуме громкости телефона есть искажения, но уже на 70-80 процентах их нет. Вместо колонок можно смело подключать наушники, только изменить номинал резисторов на выходе до 5-10 Ом, например. Хотя можно и не изменять, дабы не сжечь наушники или не оглохнуть самому.

Микросхема LM358P китайского производства, заказана с али.
Усилитель собран на макетной плате, вот что получилось в итоге.

На схеме не указан конденсатор, который я поставил между плюсом и минусом питания, это электролит на 470 микрофарад. Питал сей девайс от обычной телефонной зарядки 5 V 750 mA, замеры показали, что просадок напряжения нет и потребления тока совсем смехотворное — 10-15 mA. С оглядкой на то, что в схеме на входе и выходе стоят конденсаторы на 10 вольт, я все же рискнул подать питание 12 вольт, дабы посмотреть как изменится звук. Усилитель выдержал данное испытание более чем достойно, увеличив немного громкость звучания и при этом не внося искажений в звук. Потребление по току увеличилось до 20 mA.

В заключение скажу, что если вам нужен стенд для проверки операционных усилителей, то этот усилитель звука с однополярным питанием вполне подходящий вариант. С учетом того, что схема собрана на макетной плате, то для проверки большого количества LM358 просто вытаскиваем одну микросхему и ставим вместо нее другую. Если выполнить все на печатной плате — то надо ставить dip-панельку для удобства замены микросхем.
Что касается сложности — то собрать своими руками на коленке за 20 минут при наличии необходимых деталей даже ребенок сможет.

LM358 схема включения | Практическая электроника

Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM358.

Так как если нету каких-то особых требований к быстродействию, очень широкому диапазону напряжений или большой рассеиваемой мощности, то LM358 хороший выбор.

Какие же характеристики LM358 принесли ему такую популярность:

• низкая стоимость;
• никаких дополнительных цепей компенсации;
• одно или двуполярное питание;
• широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В;
• Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 0,6 В/мкс;
• Ток потребления: 0,7 мА;
• Низкое входное напряжение смещения: 0,2 мВ.

LM358 цоколевка

Так как LM358 имеет в своем составе два операционных усилителя, у каждого по два входа и один выход (6 — выводов) и два контакта нужны для питания, то всего получается 8 контактов.

LM358 корпусируются как в корпуса для объемного монтажа (LM358N — DIP8), так и в корпуса для поверхностного монтажа (LM358D — SO8). Есть и металлокерамическое исполнение для особо тяжелых условий работы.
Я применял LM358 только для поверхностного монтажа – просто и удобно паять.

Аналоги LM358

Полные аналоги LM358 от разных производителей NE532, OP04, OP221, OP290, OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C.

Для LM358D — KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.

Вместе с LM358 выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Например LM158, LM258, LM2409 имеют аналогичные характеристики, но разный температурный диапазон работы.

Тип	Минимальная температура, °C	Максимальная температура, °C	Диапазон питающих напряжений, В
LM158	-55	125	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM258	-25	85	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM358	0	70	от 3(±1,5) до 32(±16)
LM358	-40	85	от 3(±1,5) до 26(±13)

Если диапазона 0..70 градусов не хватает, то стоит применить LM2409, однако следует учитывать что у неё диапазон питания уже:

Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT23-5 то вполне можно применить LM321, LMV321 (аналоги AD8541, OP191, OPA337).
Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM324 в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания.

LM358 схема включения: неинвертирующий усилитель

Коэффициент усиления этой схемы равен (1+R2/R1).
Зная сопротивления резисторов и входное напряжение можно посчитать выходное:

Uвых=Uвх*(1+R2/R1).
При следующих значениях резисторов коэффициент усиления будет равен 101.

• DA1 – LM358;
• R1 – 10 кОм;
• R2 – 1 MОм.

LM358 схема включения: мощный неинвертирующий усилитель

• DA1 – LM358;
• R1 – 910 кОм;
• R2 – 100 кОм;
• R3 – 91 кОм.

Для этой схемы коэффициент усиления по напряжению равен 10, в общем случае коэффициент усиления этой схемы равен (1+R1/R2).
Коэффициент усиления по току определяется соответствующим коэффициентом транзистора VT1.

LM358 схема включения: преобразователь напряжение — ток

Выходной ток этой схемы будет прямо пропорционален входному напряжению и обратно пропорционален значению сопротивления R1.
I=Uвх/R, [А]=[В]/[Ом].
Для сопротивления резистора R1 равного 1 Ом, каждый Вольт входного напряжения будет давать, один Ампер выходного напряжения.

LM358 схема включения: преобразователь ток — напряжение

А эта схема нужна для преобразования малых токов в напряжение.
Uвых = I * R1, [В]= [А]*[Ом].
Например при R1 = 1 МОм, ток через 1 мкА, превратиться в напряжение 1В на выходе DA1.

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель

Эта схема дифференциального усилителя с высоким входным сопротивление, может применятся для измерения напряжении источников с высоким внутренним сопротивлением.
При условии, что R1/R2=R4/R3, выходное напряжение можно рассчитать как:
Uвых = (1+R4/R3)(Uвх1 – Uвх2).
Коэффициент усиления соответственно будет равен: (1+R4/R3).
Для R1 = R2 = R3 = R4 = 100 кОм, коэффициент усиления будет равен 2.

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

Стоит отметить, что предыдущая схема не позволяет подстраивать коэффициент усиления, так как требует одновременного изменения двух резисторов. Если необходимо иметь возможность регулировки коэффициента усиления в дифференциальном усилителе, то можно воспользоваться схемой на трех операционных усилителях.
В данной схеме подстройка коэффициента усиления осуществляется за счет регулировки резистора R2.
Для этой схемы нужно соблюсти условия равенства значений сопротивлений резисторов: R1 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7.
Тогда коэффициент усиления будет равен: (1+2*R1/R2).
Uвых = (1+2*R1/R2)(Uвх1 – Uвх2).

LM358 схема включения: монитор тока

Еще одна интересная схема позволяющая измерять ток в питающем проводе и состоящая из шунта R1, операционного усилителя npn – транзистора и двух резисторов.

• DA1 – LM358;
• R1 – 0,1 Ом;
• R2 – 100 Ом;
• R3 – 1 кОм.

Напряжение питания операционного усилителя должно быть минимум на 2 В, выше напряжения нагрузки.

LM358 схема включения: преобразователь напряжение – частота

И напоследок схема которую можно использовать в качестве аналого-цифрового преобразователя. Нужно только подсчитать период или частоту выходных сигналов.

• C1 – 0,047 мкФ;
• DA1 – LM358;
• R1 – 100 кОм;
• R2 – 50 кОм;
• R3,R4,R5 – 51 кОм;
• R6 — 100 кОм;
• R7 — 10 кОм.

Запись опубликована 12.02.2016 автором в рубрике Электроника для начинающих. Особенности двойного операционного усилителя LM358

, выводы, работа и применение

СтатьиСхемы на операционных усилителях

Basanta SubediПоследнее обновление: 18 сентября 2022 г.

0 6 673 Прочитано 4 минуты

---

Содержание

Введение в ИС с двумя операционными усилителями LM358

ИС LM358 представляет собой интегральную схему с двумя операционными усилителями с двумя операционными усилителями, питаемыми от общего источника питания. Он состоит из двух независимых компенсированных операционных усилителей с малой мощностью и высокой частотой усиления.

LM358 специально разработан для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений. Он более гибок для приложений низкого напряжения переменного тока и среднего напряжения постоянного тока. LM358 доступен в недорогом корпусе, поэтому он широко используется в реальных приложениях, включая усилитель преобразователя, блок усиления постоянного тока, активный фильтр и обычные схемы операционных усилителей. Микросхема LM358 может работать с питанием от 3 В до 32 В постоянного тока и источником до 20 мА на канал.

В этом руководстве мы узнаем об основах, характеристиках, схемах, работе, конфигурации контактов и применении двойного операционного усилителя LM358. Вы можете пройти через Op-Amp IC 741 , чтобы узнать больше об операционном усилителе.

---

LM358 Особенности и технические характеристики

В зависимости от производителя, каждый продукт может иметь немного отличающиеся варианты компонентов, и все они имеют очень похожие характеристики. Некоторые из этих компонентов имеют одинаковую распиновку и размеры корпуса, чтобы обеспечить совместимость между разными производителями.

Некоторые важные функции и характеристики микросхемы LM358:

• В комплекте с двумя операционными усилителями в одном корпусе
• Более широкий диапазон электропитания e.
  • От 3 В до 32 В в одном источнике питания
  • от ±1,5 В до ±16 В в сдвоенном источнике питания
• Большой коэффициент усиления по напряжению составляет около 100 дБ
• Широкая полоса пропускания в 1 МГц
• Низкий ток питания 700 мкА
• Размах выходного напряжения высокий
• Диапазон дифференциального входного напряжения аналогичен напряжению источника питания
• Выходы с защитой от короткого замыкания
• Внутренняя частотная компенсация единичного усиления
• Диапазон входного синфазного напряжения включает землю
• Диапазон рабочих температур окружающей среды от 0°C до 70°C
• Температура паяльника 260 ˚C
• Доступные пакеты: TO-99, CDIP, DSBGA, SOIC, PDIP, DSBGA

---

Конфигурация контактов

Реальное изображение и распиновка конфигурации микросхемы LM358 показаны на диаграмме ниже, которая имеет в общей сложности восемь контактов, каждая из которых имеет разные функции.

• Выводы 1 и 8 являются выходами компаратора
• Pin2 и pin6 инвертируют вход.
• Pin3 и pin5 являются неинвертирующими входами
• Pin4 — это клемма GND
• Pin8 — это VCC+/плюс питания

Все выводы микросхемы LM358 вместе с их порядковыми номерами приведены на табличной диаграмме, показанной ниже.

---

Принцип работы LM358

В LM358 контакт 8 является основным входом питания. Если мы хотим использовать LM358 в качестве компаратора, мы можем подать входное напряжение от 3В до 32В. Если мы хотим использовать LM358 в качестве операционного усилителя, то мы будем давать напряжение питания от ± 1,5 В до ± 16 В. LM358 содержит два операционных усилителя (A и B, как на схеме контактов), где вход первого усилителя (A) — это контакты 2 и 3, а выход — контакт 1. Если мы хотим использовать второй усилитель (B), то вход для этого усилителя находится на контактах 5 и 6, а выход — на контакте 7.

Для сравнения двух сигналов мы подадим один сигнал на контакт 2, а другой сигнал на контакт 3. Напряжение на контакте 2 будет сравниваться с напряжением на контакте 3, а напряжение на контакте 6 сравнивается с напряжением на контакте 3. контакт 5, соответствующий двум независимым выходам: выход A и выход B.

Когда вход на неинвертирующем входе A (+) на контакте 3 больше, чем вход на инвертирующем входе A (-) на контакте 2, выход операционного усилителя A будет высоким. Точно так же, когда вход на неинвертирующем входе B (+) на контакте 5 больше, чем вход на инвертирующем входе B (-) на контакте 6, выход операционного усилителя B также будет высоким.

С другой стороны, если входной сигнал на неинвертирующем входе A (+) на контакте 3 меньше, чем на инвертирующем входе A (-) на контакте 2, выходной сигнал операционного усилителя A будет низким. Точно так же, когда вход на неинвертирующем входе B (+) на контакте 5 меньше, чем вход на инвертирующем входе B (-) на контакте 6, выход операционного усилителя B также будет низким.

На выходе LM358 не требуется подтягивающий резистор.

---

LM358 Применение

ИС двойного операционного усилителя LM358 широко используется во многих реальных приложениях. Некоторые из основных областей применения LM358 IC перечислены ниже:

• Блок усиления постоянного тока
• Общее формирование сигнала
• Общее усиление сигнала
• Усилитель преобразователя
• Схема операционного усилителя
• Преобразователи токовой петли на 4–20 мА
• Активные фильтры
• Компараторы (контур управления и регулирования)
• Интегратор, дифференциатор, сумматор, повторитель напряжения и т. д.
• Его можно использовать в реальных приложениях, таких как цепи сигнализации удара и цепи датчика темноты.

---

Преимущества

Ниже перечислены преимущества LM 358 IC:

• Два операционных усилителя имеют внутреннюю компенсацию. мы можем использовать оба операционных усилителя одновременно или, если нам нужен только один операционный усилитель, мы можем использовать его
• Два ОУ с внутренней компенсацией
• Устраняет необходимость в двойных источниках питания
• Силовые стоки, подходящие для работы от аккумулятора
• Разрешает прямое измерение рядом с GND и VOUT
• Совместимость со всеми формами логики

---

LM 358 IC Packages

LM358 Dual Op-Amp IC поставляется в четырех различных типах корпусов: DSBGA, PDIP, TO-CAN и SOT-25(5). Все эти пакеты вместе с их размерами и номерами деталей приведены на табличной диаграмме, показанной ниже.

Статьи по теме

Проведение экспериментов с LM358

 

В этом проекте создается схема, которая может включить устройство, когда на него падает свет . Для этого я буду использовать микросхему LM358, которая является операционным усилителем. Я сделал схему с LDR и еще несколькими компонентами. Но когда я заменяю LDR фотодиодом, фототранзистором и транзистором (L14F1), моя схема работает хорошо без замены каких-либо других компонентов. Прежде чем понять схему, которую я разработал, давайте сначала посмотрим на компоненты, используемые в схеме.

 

---

1. IC LM358 — LM358 состоит из двух независимых операционных усилителей с высоким коэффициентом усиления в одном корпусе. Важной особенностью этой ИС является то, что нам не требуется независимое питание для работы каждого компаратора при широком диапазоне питания. LM358 может использоваться в качестве усилителя преобразователя, блока усиления по постоянному току и т. д. Он имеет большой коэффициент усиления по постоянному напряжению 100 дБ. Эта ИС может работать в широком диапазоне источников питания от 3 В до 32 В для одиночного источника питания или от ± 1,5 В до ± 16 В для двойного источника питания, а также поддерживает большие колебания выходного напряжения.

Конфигурация контактов IC показана ниже-

Рис. 1: Конфигурация контактов IC LM358

Из приведенного выше рисунка видно, что операционный усилитель имеет два входа и один выход в одном независимом LM358. Входы находятся на контакте 2 (отрицательный контакт) и 3 (положительный контакт), положительный контакт используется для положительной обратной связи, а отрицательный контакт используется для отрицательной обратной связи. В идеальных условиях, когда обратная связь не применяется, усиление операционного усилителя должно быть бесконечным. Когда напряжение на контакте 2 больше, чем напряжение на контакте 3, оно повысит выходное напряжение в сторону положительного максимального напряжения, а небольшое увеличение на отрицательном контакте по сравнению с положительным контактом снизит выходное напряжение до отрицательного максимума. Эта особенность операционного усилителя делает его пригодным для определения уровня.

2. LDR – LDR – это устройство, чувствительность которого зависит от интенсивности падающего на него света. Сопротивление LDR уменьшается с увеличением интенсивности падающего на него света и наоборот (сопротивление увеличивается с уменьшением интенсивности падающего на него света). В темноте или при отсутствии света LDR проявляет сопротивление в диапазоне мегаом, которое уменьшается до нескольких сотен ом при ярком свете.

Проверка LDR

Проверить LDR можно с помощью мультиметра. Держите мультиметр в области измерения сопротивления или сопротивления. Когда вы накрываете LDR, его сопротивление будет очень высоким, а когда вы помещаете его на свет, оно уменьшается. Это явление указывает на то, что LDR работает правильно. Мы используем это свойство LDR, чтобы действовать так, чтобы ваш LDR работал правильно. Датчик, поскольку при изменении освещения можно получить различное падение напряжения.

3. Фотодиод — фотодиоды преобразуют свет в ток или напряжение в зависимости от режима работы. Это соединение PN или структура PIN. Когда фотон достаточной энергии попадает на диод, он создает свободный электрон и дырку. Теперь дырки движутся к аноду, а электроны к катоду, и создается фототок.

Проверка фотодиода

Проверить можно с помощью мультиметра. Поместите мультиметр в диапазон мВ. Теперь наденьте провод мультиметра на выводы фотодиода. Считайте показания в темноте, а также при наличии света. Он показывает отклонение при чтении на свету и в темноте (в темноте чтение будет больше), чем ваш фотодиод работает нормально.

4. Фототранзистор — Фототранзистор представляет собой светочувствительный датчик, аналогичный базовому транзистору, но имеющий прозрачную крышку. Фототранзисторы обладают гораздо большей чувствительностью, чем фотодиоды. Фототранзистор имеет большую область базы, чем коллектор, по сравнению с другим транзистором. Их изготавливают методом диффузии или имплантации железа. Фототранзистор работает в активной области. Обычно его основание оставляют открытым, чтобы на него падал свет. Когда свет падает на его основание, возникает электронно-дырочная пара. Это явление в основном происходит в переходе база-коллектор с обратным смещением, поскольку электрическое поле электронно-дырочная пара перемещается и обеспечивает базовый ток, что приводит к инжекции электрона в эмиттер.

Проверка фототранзистора

Проверить фототранзистор можно с помощью мультиметра. Установите мультиметр в область измерения сопротивления, затем подключите выводы мультиметра к коллектору и эмиттеру. Теперь осветите фототранзистор, а затем уберите свет. Вы можете видеть, что отклонение показаний мультиметра при светлом освещении мало по сравнению с темным. Если это явление происходит, вы можете сказать, что ваш фототранзистор исправен. Вы также можете использовать транзистор L14F1 вместо фототранзистора, и процесс проверки аналогичен тому, как мы проверяли фототранзистор.

Всегда рекомендуется проверять компоненты перед использованием.

Применение цепей

–    Схема, которую я сделал, может использоваться как датчик темноты или датчик освещенности с очень небольшими изменениями. Поэтому вы используете его как s цепей безопасности , как в охранная сигнализация , утренняя тревога , волшебный глаз , багажная сигнализация , или она будет включать свет в темноте или выключать свет утром и т. д. в соответствии с вашим приложением .

–    На принципиальной схеме я использовал светодиод для отображения выхода. Вы также можете использовать реле вместо светодиода для подключения зуммера или любого внешнего компонента, такого как лампочка, дверной звонок и т. д. предоставить вам вывод. Уровень напряжения, который мы хотим обнаружить, подается на любой из входных контактов, а определяемое напряжение подается на другой контакт. Для цепей датчика темноты мы подаем напряжение на отрицательный контакт, а определяемое напряжение подается на положительный контакт. Всякий раз, когда входное напряжение, подаваемое на положительный контакт из-за света, падающего на LDR, фотодиод и фототранзистор, немного превышает напряжение на отрицательном контакте, выходное напряжение резко возрастает до положительного максимума и остается положительным до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже уровня, подлежащего обнаружению.