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.

datasheet, принцип работы, характеристики, применение, проверка

Содержание

1. Внешний вид, назначение, области применения
2. Основные параметры
3. Datasheet
4. Распиновка
5. Принцип работы LM358 и описание основных компонентов
6. Преимущества и недостатки микросхемы
7. Чем отличаются LM358N и LM358P
8. Чем можно заменить LM358 (аналоги)
9. Примеры схем на LM358
10. Проверка работоспособности

При разработке электронных схем с применением операционных усилителей (ОУ) определенное неудобство вызывает необходимость иметь блок питания с двухполярным напряжением на выходе. Эти неудобства особенно заметны при попытках модернизации существующих электронных устройств, если в них надо добавить узел на ОУ – иногда требуется глубокая переделка системы электроснабжения. В этих случаях совершенно необходим операционный усилитель, которому для питания требуется однополярное напряжение.

Внешний вид, назначение, области применения

В подобных ситуациях хорошим решением может стать применение микросхемы LM358. В одном корпусе она содержит два независимых операционных усилителя с общей схемой питания, для которых требуется однополярное напряжение.

При необходимости микросхему можно запитать и от двухполярного источника. Никаких дополнительных цепей для этого не потребуется.

Выпускается микросхема в нескольких вариантах корпусов. Все оболочки содержат 8 выводов. Для «дырочного» монтажа предназначен корпус DIP-8, остальные – для поверхностного монтажа (SMD).

Варианты корпусов LM358

LM358 используется для построения электронных узлов, которые выполняются на операционных усилителях:

• инвертирующих и неинвертирующих усилителей, повторителей;
• компараторов;
• генераторов;
• активных фильтров;
• интеграторов;
• дифференциаторов;
• других стандартных схем, в которых могут быть применены ОУ.

Эти узлы могут применяться в бытовой или промышленной аппаратуре в соответствии с условиями эксплуатации, определенными производителем и указанными в datasheet.

Основные параметры

Основная характеристика, которая выделяет микросхему среди других операционных усилителей, это напряжение питания. Оно может быть как однополярным в пределах 3..32 вольт, так и двухполярным в пределах ±1,5..16 вольт.

Малое значение наименьшего напряжения питания тоже является особенностью (и достоинством) микросхемы.

Из важных параметров следует еще отметить максимальную рабочую частоту – 1,1 МГц. Прочие характеристики микросхемы LM358 соответствуют классу стандартных ОУ широкого потребления. Так, входное сопротивление микросхемы характерно для ОУ с биполярными транзисторами, и типичное значение входного тока составляет 3..5 наноампер. На выходе каждый ОУ микросхемы может выдать по 40 мА (максимум 60 мА).

Datasheet

Остальные параметры, включая температурные зависимости, можно посмотреть в даташите.

Распиновка

Распиновка LM358

Расположение выводов в любом корпусе для микросхемы одинаково:

1. Выход ОУ1.
2. Инвертирующий вход ОУ1.
3. Неинвертирующий (прямой) вход ОУ1.
4. GND при однополярном питании, Vcc- при двухполярном.
5. Прямой вход ОУ2.
6. Инвертирующий вход ОУ2.
7. Выход ОУ2.
8. Vcc+ (плюс питания).

Можно использовать как сразу оба операционных усилителя, так и один из них.

Принцип работы LM358 и описание основных компонентов

Структурная схема LM358

Как любой операционный усилитель, LM358 усиливает разницу между прямым и инвертирующим входами. Пределы усиления ограничены напряжением питания ОУ.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Распространено мнение, что принцип работы операционного усилителя – устанавливать разницу между входами, равной нулю. Это не так, это всего лишь мнемоническое правило, которым можно пользоваться для анализа большинства схем (но не всех).

Структурная схема этой микросхемы не отличается от стандартной:

• на входе установлен дифференциальный усилитель на биполярных транзисторах, формирующий сигнал, пропорциональный разнице между входами;
• усилитель напряжения усиливает и масштабирует эту разницу;
• усилитель мощности служит для подачи сформированного сигнала на нагрузку.

Особенность LM358 в том, что внутри ее эта структура размещена дважды, а также надо обратить внимание на наличие дополнительной схемы смещения (общей для двух ОУ). Именно эта схема обеспечивает работоспособность микросхемы при питании от однополярного источника.

Схема электрическая принципиальная «половинки» микросхемы LM358

Преимуществом LM358 является не только однополярное питание. Микросхема может работать при очень низком напряжении (3 вольта при однополярном напряжении и ± 1,5 вольт при двухполярном). Также к плюсам надо отнести наличие двух операционных усилителей в одном корпусе и при этом очень низкую стоимость.

К недостаткам можно отнести, пожалуй, посредственные электрические характеристики и возможность эксплуатации только при положительных температурах. Но все равно, соотношение цены и качества получается очень хорошим.

Чем отличаются LM358N и LM358P

К обозначению микросхемы производители зачастую добавляют буквенный индекс. Чаще всего в продаже можно встретить изделия LM358N и LM358P. В большинстве случаев (99,9+ процентов) этому различию можно не придавать внимания. Буквенный индекс означает тип корпуса (в данном случае – DIP-8), причем у разных производителей разные литеры могут указывать на одинаковые оболочки. Тем не менее, сравнивая datasheet различных фирм, удалось обнаружить некоторые (большей частью, микроскопические) различия в электрических параметрах:

Характеристика	Потребляемый ток	Входной ток, нА	Входное напряжение смещения, мВ
LM358N	800 uA	45	3
LM358P	1 mA	20	2,9

Есть отличия и в размерах корпуса (хотя декларируется одинаковый кейс DIP-8) по высоте, ширине и длине. Эти отличия имеют порядок десятых долей миллиметра, и на возможность монтажа не влияют – шаг между выводами стандартный (2,54 мм).

Чем можно заменить LM358 (аналоги)

У этой микросхемы есть полный отечественный аналог – К1053УД2. Кроме того, в номенклатуре отечественных микросхем имеется сдвоенный ОУ с односторонним питанием К1040УД1. Корпус и цоколевка полностью совпадают, но имеются некоторые отличия по электрическим параметрам. Основные из них приведены в таблице.

Пределы напряжения питания К1040УД1, В	3..30
Коэффициент усиления	50000

В большинстве случаев эти отличия не препятствуют замене одной микросхемы на другую. Также в качестве аналога декларируется микросхема К1401УД5 и, в определенной мере, счетверенный операционный усилитель К1401УД1. Но его корпус и цоколевка, само собой, отличаются.

Касательно зарубежных аналогов, надо помнить, что LM358 является изделием из линейки LMx58, в которую также входят:

• LM158;
• LM258;
• LM2904.

Эти ОУ имеют небольшие различия по электрическим параметрами и в большинстве случаев также являются взаимозаменяемыми.

Примеры схем на LM358

Cхема включения LM358 не отличается от схем для обычных операционных усилителей (с учетом индивидуальных параметров), но позволяет использовать две ключевые особенности:

1. Два ОУ в одном корпусе.
2. Однополярное питание.

Производитель в datasheet приводит примеры использования LM358.

Источник образцового напряжения

Первая схема из даташита – источник образцового напряжения положительной полярности с выходным уровнем, который можно установить самостоятельно. В стандартной схеме применен интегральный стабилизатор на 2,5 вольта MC1403. На практике можно применить любой источник образцового напряжения (TL431, параметрический стабилизатор и т.п.) с выходным уровнем Ui. При этом На выходе ОУ можно установить напряжение, не меньшее Ui, исходя из соотношения V0=Ui(1+R1/R2).

Следующая схема, рекомендованная производителем – генератор синусоиды с мостом Вина в качестве обратной связи. Такой осциллятор характеризуется хорошей формой синусоиды и стабильностью частоты. Период колебаний задается элементами (резисторами и конденсаторами), из которых состоит мост Вина. На схеме даны значения номиналов пассивных элементов для частоты 1 кГц, для других частот параметры надо пересчитать.

Генератор с мостом Вина

На LM358 можно создать дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением. Напряжение на выходе зависит от разницы напряжений на входе. Выходной уровень можно масштабировать резисторами отрицательной обратной связи входных усилителей, а также резисторами между их выходами и входом оконечного дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением на двух LM358

Используя частотно-зависимую обратную связь, можно построить активный полосовой фильтр. Для его выполнения производитель предлагает задаться значениями:

• центральной частоты f0;
• усилением на центральной частоте A;
• добротности Q.

Выбрав нужные цифры, можно рассчитать номиналы пассивных элементов по приведенным ниже формулам.

Полосовой фильтр на «половинке» LM358

Проверка работоспособности

Как показано выше, микросхема имеет достаточно сложную структуру, поэтому проверить ее одним мультиметром нельзя. Максимум, что может получиться – это проверить исправность коллекторных переходов транзисторов или отсутствие короткого замыкания между выходом и минусом питания. Это не дает достоверной информации о работоспособности микросхемы, поэтому единственный способ проверить ее исправность – собрать какую-нибудь схему. Удобнее всего собирать генератор (для проверки работы любого усилителя потребуется внешний источник сигнала).

Схема функционального генератора

Оптимальным вариантом выглядит схема функционального генератора из datasheet производителя. Она содержит не так много дополнительных элементов и позволяет задействовать обе половинки микросхемы. Подав питание на схему, осциллографом можно проверить наличие треугольных импульсов на выходе ОУ1 с частотой, зависящей от примененных резисторов и конденсаторов, и прямоугольных импульсов на выходе второго операционного усилителя. Если импульсы отсутствуют, микросхему можно считать неисправной.

На приведенной схеме показана необходимость подачи напряжения Vref, равного половине напряжения питания. Его можно организовать с помощью резистивного делителя.

Можно резюмировать, что LM358 является очень неплохим изделием для своего класса. Если не ожидать от нее заоблачных характеристик, свою стоимость микросхема отрабатывает полностью.

Особенности двойного операционного усилителя LM358

, выводы, работа и применение

СтатьиLearn Electronics

Basanta SubediПоследнее обновление: 20 мая 2023 г.

0 4 минуты чтения

---

Содержание

Переключатель

Введение в ИС с двумя операционными усилителями LM358

ИС LM358 представляет собой двойную интегральную схему операционного усилителя 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:

• 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.

• Pin1 и pin8 являются выходами компаратора
• Pin2 и pin6 инвертируют вход.
• Pin3 и pin5 являются неинвертирующими входами
• Pin4 является клеммой 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 сигналов
• 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

Как сконструировать практичный инвертирующий усилитель на операционном усилителе LM358

byee-diary • 29 октября, 2021 • 2 минуты чтения

0

 Здесь мы демонстрируем, как спроектировать и протестировать практический инвертирующий усилитель

на основе операционного усилителя LM358 на макетной плате. Усилитель протестирован с помощью Matlab/Simulink на базе функционального генератора , а формы сигналов входного выходного сигнала просматриваются на осциллографе e в режиме реального времени. Затем входной сигнал интерактивно варьировался от синусоидальной волны, прямоугольной волны, треугольной волны, пилообразной волны и волны с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) с различной амплитудой и частотой для анализа отклика усилителя LM358. Коэффициент усиления операционного усилителя установлен равным 10, и используется одно напряжение питания 5 В.

 

На следующем рисунке показана схема инвертирующего усилителя переменного тока Lm358 r.

На приведенной выше схеме R2 — инвертирующий резистор обратной связи, который вместе с входным резистором R1 обеспечивает усиление усилителя. Уравнение усиления для инвертирующего усилителя:

\(A = — \frac{R_{2}}{R_{1}}\)

с \(R_{1}=10 K \Omega\) и \( R_{2}=100 K \Omega\), получаем усиление A= -10 , где знак -ve указывает на фазовый сдвиг на 180 градусов между входным и выходным сигналом (поэтому он называется инвертирующим усилителем).

Резисторы R3 и R4 используются для смещения уровня напряжения в среднем диапазоне между питанием Vcc=+5В и 0В. При использовании одинаковых резисторов R3=R4=4,7кОм получаем смещенное напряжение на неинвертирующем входе 2,5В, а амплитуда сигнала на выходе колеблется ниже и выше 2,5В.

Конденсатор С1 на входе и выходе C3 — конденсаторы связи . Они используются для связи сигнала на входе и выходе соответственно. Он пропускает сигналы переменного тока и блокирует сигналы постоянного тока. Частота среза для входного конденсатора связи определяется выражением

\(f_{c1} = \frac{1}{2 \pi R_{1} C_{1}}\)

Эта частота среза выбирается низкой, поскольку можно пропустить низкочастотные компоненты в усилитель. С R1=10 кОм и C1=10 мкФ мы получаем частоту среза \(f_{c1} = 1,59Гц\).

Аналогичным образом, выходной разделительный конденсатор C3 используется для блокирования любого постоянного тока и пропускания сигналов переменного тока. Частота среза для этого выходного разделительного конденсатора C3 рассчитывается так же, как и для входного. Единственное, что требуется, это сопротивление нагрузки. На приведенной выше принципиальной схеме сопротивление или импеданс нагрузки не показаны. Предположим, что сопротивление нагрузки или импеданс составляет 10 кОм, тогда

 \(f_{c3} = \frac{1}{2 \pi R_{L} C_{3}}\)

Как и раньше, если RL= 10кОм и C3=10 мкФ , то частота среза равна \(f_{c3} = 1,59 Гц\).

Конденсатор C2 является обходным конденсатором, частота среза которого определяется следующим уравнением:

  \(f_{c2} = \frac{1}{2 \pi (R_{3}|| R_{4}) C_ {2}}\)

Параллельный резистор , эквивалентный из R3 и R4 , равен 2,35 кОм , и подставив это значение выше на C2=10 мкФ , мы получим частоту среза как \(f _{с2} = 6,77 Гц\).

 Если входной сигнал представляет собой синусоиду с амплитудой 100 мВ и частотой 1 кГц , а на выходе используется нагрузочный резистор 10 кОм , то формы входного и выходного сигналов показаны ниже.

 

 

Как вы можете видеть, выходной уровень постоянного тока 2,5 В снимается выходным разделительным конденсатором C3. Если бы мы просмотрели формы входных и выходных сигналов без выходного разделительного конденсатора C3, то увидели бы, что выходной сигнал колеблется выше и ниже напряжения 2,5 В постоянного тока.

 

Приведенный выше инвертирующий усилитель LM358 собран на макетной плате и показан ниже.

 

Тестирование и анализ усилителя LM358 с компьютерным осциллографом Matlab/Simulink

 Для тестирования и анализа конструкции усилителя LM358 мы будем использовать компьютерный осциллограф на базе Matlab/Simulink. Прежде чем сделать это, мы должны подключить разъем «папа-папа» к динамику ПК и входу усилителя для отправки различных типов сигналов, а также подключить другой разъем «папа-папа» к выходу усилителя к линейному входу ПК/входу микрофона для просмотра. формы сигналов. На следующем рисунке показано, как усилитель подключен к ПК.

Как работает это аудиосоединение, более подробно объясняется в учебнике «Как построить BJT-усилитель с базовым смещением на макетной плате и протестировать его с помощью осциллографа на базе звуковой карты ПК» и других подобных руководствах, которые вы можете найти в конце этого поста. См. также учебное пособие Как использовать Matlab Simulink в качестве осциллографа, где Simulink используется только для получения сигнала, а другое программное обеспечение для ПК используется для генерации сигналов.

 Осциллограф для ПК на базе Matlab/Simulink 9Интерфейс 0184 показан ниже.

Когда мы запускаем симуляцию, Matlab/simulink использует свои аудиоблоки для отправки сигналов из динамика, и мы можем собирать сигналы с линейного входа ПК/порта микрофона. Мы можем выбрать различные типы сигналов для отправки через динамик. Это синусоидальная волна, треугольная волна, пилообразная волна, прямоугольная волна и волна ШИМ. Со звуком у нас может быть два канала, левый и правый, оба из которых могут использоваться для вывода и сбора сигналов. Мы можем включать/выключать отдельные каналы. Мы изменяем параметры сигнала, такие как амплитуда, частота, фаза и рабочий цикл в случае волны с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Однако частота ограничена 22 кГц, поскольку звуковое оборудование ПК поддерживает только аудиосигналы частотой примерно до 22 кГц. Кроме того, амплитуда должна быть ограничена, потому что звуковое оборудование ПК поддерживает только напряжения порядка мВ. Изображение предварительной платы выше содержит два потенциометра (левый и правый канал) и диоды с резисторами, которые ограничивают напряжение, воспринимаемое линией/входом, для защиты этого порта ПК.

См. следующее видео-демонстрацию того, как это работает.

 

В приведенном выше видео показано, как мы отправляем различные типы сигналов с разной частотой и амплитудой и как инвертирующий усилитель LM358 влияет на выходной усиленный сигнал. Мы можем рассчитать коэффициент усиления по постоянному току с помощью осциллографа. На следующем рисунке показаны входные сигналы и усиленные выходные сигналы, отображаемые на временной шкале.

Синусоида

Треугольная волна

 

Пилообразная волна

  90 003

Прямоугольная волна

 

Волна ШИМ

 

Мы можем проанализировать частотную характеристику, используя спектр анализатор в режиме реального времени. На следующем рисунке показан дисплей анализатора спектра.

С помощью осциллографа Matlab Simulink PC мы можем просматривать сигнал в реальном времени во временной и частотной области. Мы можем использовать курсор для измерения амплитуды, шума и т. д. На приведенном выше дисплее анализатора спектра мы можем считывать частоту, содержащуюся в сигнале, в реальном времени. Анализатор спектра Simulink имеет несколько полезных функций, которые помогают нам автоматически получать информацию о высоких частотах и ​​величину в линейных единицах или дБ.