Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение. LM358 схема включения Микросхема lm358 и ее применение схема

29.07.2023

В этой статье поговорим еще об одном зарядном устройстве для автомобиля. Заряжать будем аккумуляторы стабильным током. Схема зарядного изображена на рисунке 1.

В качестве сетевого трансформатора в схеме применен перемотанный трансформатор от лампового телевизора ТС-180, но подойдут и ТС-180-2 и ТС-180-2В. Для перемотки трансформатора сначала его аккуратно разбираем, не забыв при этом заметить какими сторонами был склеен сердечник, путать положение U-образных частей сердечника нельзя. Затем сматываются все вторичные обмотки. Экранирующую обмотку, если будете пользоваться зарядным только дома, можно оставить. Если же предполагается использование устройства и в других условиях, то экранирующая обмотка снимается. Снимается так же и верхняя изоляция первичной обмотки. После этого катушки пропитываются бакелитовым лаком. Конечно пропитка на производстве происходит в вакуумной камере, если таких возможностей нет, то пропитаем горячим способом – в горячий лак, разогретый на водяной бане, бросаем катушки и ждем с часик, пока они не пропитаются лаком. Потом даем лишнему лаку стечь и ставим катушки в газовую духовку с температурой порядка 100… 120˚С. В крайнем случае обмотку катушек можно пропитать парафином. После этого восстанавливаем изоляцию первичной обмотки той же бумагой, но тоже пропитанной лаком. Далее мотаем на катушки по… сейчас посчитаем. Для уменьшения тока холостого хода, а он явно возрастет, так как необходимой ферропасты для склеивания витых, разрезных сердечников у нас нет, будем использовать все витки обмоток катушек. И так. Число витков первичной обмотки (см. таблицу) равно 375+58+375+58 = 866витков. Количество витков на один вольт равно 866витков делим на 220 вольт получаем 3,936 ≈ 4витка на вольт.

Вычисляем количество витков вторичной обмотки. Зададимся напряжением вторичной обмотки в 14 вольт, что даст нам на выходе выпрямителя с конденсаторами фильтра напряжение 14 √2 = 19,74 ≈ 20вольт. Вообще, чем меньше это напряжение, тем меньшая бесполезная мощность в виде тепла будет выделяться на транзисторах схемы. И так, 14 вольт умножаем на 4витка на вольт, получаем 56 витков вторичной обмотки. Теперь зададимся током вторичной обмотки. Иногда требуется быстрехонько подзарядить аккумулятор, а значит требуется увеличить на некоторое время зарядный ток до предела. Зная габаритную мощность трансформатора – 180Вт и напряжение вторичную обмотки, найдем максимальный ток 180/14 ≈ 12,86А. Максимальный ток коллектора транзистора КТ819 – 15А. Максимальная мощность по справочнику данного транзистора в металлическом корпусе равна 100Вт. Значит при токе12А и мощности 100Вт падение напряжения на транзисторе не может превышать… 100/12 ≈ 8,3 вольта и это при условии, что температура кристалла транзистора не превышает 25˚С. Значит нужен вентилятор, так как транзистор будет работать на пределе своих возможностей. Выбираем ток равный 12А при условии, что в каждом плече выпрямителя уже будет стоять по два диода по 10А. По формуле:

0,7 умножаем на 3,46, получаем диаметр провода?2,4мм.

Можно уменьшить ток до 10А и применить провод диаметром 2мм. Для облегчения теплового режима трансформатора вторичную обмотку можно не закрывать изоляцией, а просто покрыть дополнительно еще слоем бакелитового лака.

Диоды КД213 устанавливаются на пластинчатые радиаторы 100×100х3мм из алюминия. Их можно установить непосредственно на металлический корпус зарядного через слюдяные прокладки с использованием термопасты. Вместо 213- х можно применить Д214А, Д215А, Д242А, но лучше всего подходят диоды КД2997 с любой буквой, типовое значение прямого падения напряжения у которых равно 0,85В, значит при токе заряда 12А на них выделится в виде тепла 0,85 12 = 10Вт. Максимальный выпрямленный постоянный ток этих диодов равен 30А, да и стоят они не дорого. Микросхема LM358N может работать с напряжениями входного сигнала близкими к нулю, отечественных аналогов я не встречал. Транзисторы VT1 и VT2 можно применить с любыми буквами. В качестве шунта применена полоска из луженой жести. Размеры моей полоски вырезанной из консервной банки ()– 180×10х0,2мм. При указанных на схеме номиналах резисторов R1,2,5 ток регулируется в пределах примерно от 3 до 8А. Чем меньше номинал резистора R2, тем больше ток стабилизации устройства. Как рассчитать добавочное сопротивление для вольтметра прочитайте .

Об амперметре. У меня, полоска вырезанная по указанным выше размерам, совершенно случайно имеет сопротивление 0,0125Ом. Значит при прохождении через ее тока в 10А, на ней упадет U=I R = 10 0,0125=0,125В = 125млВ. В моем случае примененная измерительная головка имеет сопротивление 1200 Ом при температуре 25˚С.

Лирическое отступление. Многие радиолюбители, основательно подгоняя шунты для своих амперметров, почему то никогда не обращают внимание на температурную зависимость всех элементов собираемых ими схем. Разговаривать на эту тему можно до бесконечности, я вам приведу лишь небольшой пример. Вот активное сопротивление рамки моей измерительной головки при разных температурах. И для каких условий рассчитывать шунт?

Это означает, что ток выставленный в домашних условиях, не будет соответствовать току выставленном по амперметру в холодном гараже зимой. Если вам это по барабану, то сделайте просто переключатель на 5,5А и 10… 12А и ни каких приборов. И не бойся, как бы их не разбить, это еще один большой плюс зарядного устройства со стабилизацией тока заряда.

И так, дальше. При сопротивлении рамки равном 1200Ом и токе полного отклонения стрелки прибора 100мкА нам нужно подать на головку напряжение 1200 0,0001=0,12В = 120млВ, что меньше, чем падение напряжения на сопротивлении шунта при токе 10А. Поэтому последовательно измерительной головке поставьте дополнительный резистор, лучше подстроечный, что бы не мучиться с подборкой.

Монтаж стабилизатора выполнен на печатной плате (см. фото 3). Максимальный ток заряда для себя я ограничил шестью амперами, поэтому при токе стабилизации 6А и падении напряжения на мощном транзисторе 5В, выделяемая мощность при этом равна 30Вт, и обдуве вентилятором от компьютера, данный радиатор нагревается до температуры 60 градусов. С вентилятором это много, необходим более эффективный радиатор. Примерно определить необходимую . Мой вам всем совет — ставьте радиаторы рассчитанные для работы ПП приборов без куллеров, пусть лучше размеры прибора увеличатся, но при остановке этого куллера, ни чего не сгорит.

При анализе выходного напряжения осциллограмма его была сильно зашумлена, что говорит о нестабильности работы схемы т.е. схема подвозбуждалась. Пришлось дополнить схему конденсатором С5, что обеспечило стабильность работы устройства. Да, еще, для того, что бы уменьшить нагрузку на КТ819, я уменьшил напряжение на выходе выпрямителя до 18В (18/1,41 = 12,8В т.е. напряжение вторичной обмотки у моего трансформатора равно 12,8В). Скачать рисунок печатной платы. До свидания. К.В.Ю.

Для налаживания различных электронных устройств необходим источник питания, в котором предусмотрена регулировка не только выходного напряжения, но и порога срабатывания защиты от токовой перегрузки. Во многих простых устройствах аналогичного назначения защита лишь ограничивает максимальный ток нагрузки, причем возможность его регулирования отсутствует или затруднена. Такая защита больше предназначена для самого блока питания, чем для его нагрузки. Для безопасной работы как источника, так и подключенного к нему устройства необходима возможность регулирования уровня срабатывания токовой защиты в широких пределах. При ее срабатывании нагрузка должна быть автоматически отключена. Предлагаемое устройство удовлетворяет всем перечисленным требованиям.

Основные технические характеристики
Входное напряжение, В......26...29
Выходное напряжение, В......1...20
Ток срабатывания защиты, А......................0.03...2

Схема устройства показана на рисунке. Регулируемый стабилизатор напряжения собран на ОУ DA1.1. На его неинвертирующий вход (вывод 3) с движка переменного резистора R2 поступает образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) - напряжение отрицательной обратной связи (ООС) с эмиттера транзистора VT2 через делитель напряжения R11R7 ООС поддерживает равенство напряжений на входах ОУ, компенсируя влияние дестабилизирующих факторов. Перемещая движок переменного резистора R2, можно регулировать выходное напряжение.

Узел защиты от перегрузки по току собран на ОУ DA1.2, который включен как компаратор, сравнивающий напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. На неинвертирующий вход через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13, на инвертирующий - образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает диод VD2, выполняющий функцию стабистора с напряжением стабилизации около 0,6 В. Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю.

Если ток нагрузки превысит допустимый, напряжение на выходе ОУ DA1.2 увеличится почти до напряжения питания. Через резистор R9 потечет ток, который включит светодиод HL1 и откроет транзистор VT1. Диод VD3 открывается и через резистор R8 замыкает цепь положительной обратной связи (ПОС). Открытый транзистор VT1 подключает параллельно стабилитрону VD1 резистор малого сопротивления R12, в результате чего выходное напряжение уменьшится практически до нуля, поскольку регулирующий транзистор VT2 закроется и отключит нагрузку. Несмотря на то что напряжение на датчике тока нагрузки упадет до нуля, благодаря действию ПОС нагрузка останется отключенной, что показывает светящийся индикатор HL1. Повторно включить нагрузку можно кратковременным отключением питания или нажатием на кнопку SB1. Диод VD4 защищает эмиттерный переход транзистора VT2 от обратного напряжения с конденсатора С5 при отключении нагрузки, а также обеспечивает разрядку этого конденсатора через резистор R10 и выход ОУ DA1.1.

Детали. Транзистор КТ315А (VT1) можно заменить на КТ315Б-КТ315Е. Транзистор VT2 - любой из серий КТ827, КТ829. Стабилитрон (VD1) может быть любым с напряжением стабилизации У 3 В при токе 3...8 мА. Диоды КД521В (VD2-VD4) могут быть другими из этой серии или КД522Б Конденсаторы СЗ, С4 - любые пленочные или керамические. Оксидные конденсаторы: С1 - К50-18 или аналогичный импортный, остальные - из серии К50-35. Номинальное напряжение конденсаторов не должно быть меньше указанного на схеме. Постоянные резисторы - МЛТ, переменные - СПЗ-9а. Резистор R13 можно составить из трех параллельно соединенных МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом. Кнопка (SB1) - П2К без фиксации или аналогичная.

Налаживание устройства начинают с измерения напряжения питания на выводах конденсатора С1, которое, с учетом пульсаций, должно находиться в пределах, указанных на схеме. После этого перемещают движок переменного резистора R2 в верхнее по схеме положение и, измеряя максимальное выходное напряжение, устанавливают его равным 20 В, подбирая резистор R11. Затем подключают к выходу эквивалент нагрузки, например, такой, как описан в статье И. Нечаева "Универсальный эквивалент нагрузки" в "Радио", 2005, № 1, с. 35. Измеряют минимальный и максимальный ток срабатывания защиты. Чтобы снизить минимальный уровень срабатывания защиты, необходимо уменьшить сопротивление резистора R6. Для увеличения максимального уровня срабатывания защиты нужно уменьшить сопротивление резистора R13 - датчика тока нагрузки.

П. ВЫСОЧАНСКИЙ, г. Рыбница, Приднестровье, Молдавия
"Радио" №9 2006г.

Самый популярный двухканальный операционный усилитель LM358, LM358N. Операционник относится к серии LM158, LM158A, LM258, LM258A, LM2904, LM2904V. Имеет множество схем включения, аналогов и datasheet.

Микросхемы LM358 и LM358N идентичны по параметрам и отличаются только корпусом.

Вам будут интересны даташиты и характеристики других ИМС , . Они применяются совместно с импульсными стабилизаторами и блоках питания.

1. Характеристики, описание
2. Таблица характеристик.
3. Цоколёвка, распиновка
4. Аналог
5. Типовые схемы включения
6. Datasheet, даташит LM358 LM358N

Характеристики, описание

Питание ИМС может быть однополярным от 3 до 32В. Операционный усилитель стабильно работает на стандартных 3,3В. Двухполярное питание от 1,5 до 16 Вольт. При указанной температуре 0° до 70° характеристики остаются в пределах нормы. Если количество градусов выйдет за эти пределы, то появится отклонение параметров.

Многих интересует описание на русском LM328N, но даташит большой, основная часть понятна и без перевода. Чтобы вы не искали LM358 datasheet на русском, составил таблицу основных параметров.

Несколько популярных datasheet для скачивания:

Таблица характеристик.

Параметр	LM358, LM358N
Питание, вольт	3-32В
Биполярное питание	±1,5В до ±16В
Потребляемый ток	0,7мА
Напряжение смещения по входу	3мВ
Ток смещения компенсации по входу	2нА
Входной ток смещение	20нА
Скорость нарастания на выходе	0,3 В/мсек
Ток на выходе	30 — 40мА
Максимальная частота	0,7 до 1,1 МГц
Коэффициент дифференциального усиления	100дБ
Рабочая температура	0° до 70°

Микросхемы различных производителей могут иметь разные параметры, но всё в пределах нормы. Единственное может сильно отличаться максимальная частота у одних она 0,7МГц, у других до 1,1МГц. Вариантов использования ИМС накопилось очень много, только в документации их около 20 штук. Радиолюбители расширили это количество более 70 схем.

Типовой функционал из datasheet на русском:

компараторы;
активные RC фильтры;
светодиодный драйвер;
суммирующий усилитель постоянного тока;
генератор импульсов и пульсаций;
низковольтный детектор пикового напряжения;
полосовой активный фильтр;
для усиливания с фотодиода;
инвертирующий и не инвертирующий усилитель;
симметричный усилитель;
стабилизатор тока;
инвертирующий усилитель переменного тока;
дифференциальный усилитель постоянного тока;
мостовой усилитель тока.

Цоколёвка, распиновка

Аналог

Большая популярность определяет и большое количество аналогов LM358 LM358N. В зависимости от производителя характеристики могут немного меняться, но всё в пределах допуска. Перед заменой проверьте электрические характеристики у изготовителя, вдруг вам не подойдёт. Схемы включения аналогичны. Аналогов более 30 штук, покажу первую дюжину полностью схожих:по параметрам:

КР1040УД1
КР1053УД2
КР1401УД5
GL358
NE532
OP295
OP290
OP221
OPA2237
TA75358P
UPC1251C
UPC358C

Типовые схемы включения

Пришлось просмотреть несколько спецификаций от разных фабрик, чтобы найти самый полноценный. Большинство короткие и малоинформативные. Чтобы было максимально понятно, как работают схемы включения LM358 и LM358N, ознакомитесь с типовым включением.

Datasheet, даташит LM358 LM358N

Сфера применения, указанная производителями:

блюрэй плееры и домашние кинотеатры;
химические и газовые сенсоры;
ДВД рекордеры и плееры;
цифровые мультиметры;
сенсор температуры;
системы управления двигателями;
осциллографы;
генераторы;
системы определения массы.

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.

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.