Lm358p описание на русском принцип работы

Высококачественный аудио усилитель

На Рисунке 1 представлена схема 2-ваттного аудио усилителя общего назначения с отличными характеристиками. Его легко сконфигурировать выходным каскадом для маломощных аудио приложений, или более мощным усилителем, способным наполнить звуком объем целой комнаты. Я даже пробовал использовать его в качестве «репетиционного» усилителя для электрогитары, и с хорошими колонками он отдавал приличную мощность.

Рисунок 1.

Аудио усилитель общего назначения с выходной мощностью 2 Вт.

В выходном каскаде использована уникальная технология стабилизации тока покоя, не требующая традиционных диодов для термокомпенсации. Каждая половина операционного усилителя (ОУ) IC2 с соответствующим транзистором работает повторителем напряжения, поддерживая дифференциальное напряжение на двух эмиттерных резисторах сопротивлением 1 Ом равным точному значению, установленному резистором 220 Ом, включенным между входами. Можно рассчитать, что при напряжении источника питания схемы, равном 15 В, на резисторе 220 Ом падает примерно 16 мВ, и это напряжение, усиленное операционным усилителем, устанавливает ток покоя через резисторы 1 Ом равным примерно 8 мА. (Некоторое отличие от этого значения будет обусловлено напряжениями смещения ОУ). Подбирая сопротивление этого единственного резистора, ток покоя легко изменять, чтобы снизить его до очень низких значений для экономии энергии батареи, или установить равным примерно 10 мА для минимизации искажений. Уменьшение этих сопротивлений до нуля ничему не повредит, но может стать причиной возникновения заметных искажений типа «ступенька». Однако при слишком больших сопротивлениях резисторов мощные транзисторы будут сильно нагреваться, что приведет к неоправданному падению КПД усилителя. Для маломощных приложений, таких, скажем, как усилитель детекторного приемника, сопротивления эмиттерных резисторов 1 Ом можно увеличить, вследствие чего пропорционально уменьшится ток покоя. Благодаря этому ток покоя снизится почти до нуля, но качество звука останется отличным, – идеальный вариант для небольших проектов с батарейным питанием.

Диоды 1N4148 ограничивают размах выходного напряжения ОУ при выключении соответствующего транзистора. Для замыкания обратной связи на инвертирующий вход выходное напряжение ОУ должно лишь превысить падение напряжения на диоде. Здесь было бы очень заманчиво использовать германиевые диоды! Эта маленькая хитрость в сочетании с полным коэффициентом усиления и полосой пропускания ОУ, использованными для того, чтобы просто повторять входное напряжение, позволила получить очень низкие искажения, даже на высоких частотах и при максимальной выходной мощности.

Какой операционный усилитель использовать

Первые два ОУ должны быть пригодны для аудио приложений. Таковыми являются MC33182, LM833 и многие другие. Если где-нибудь в техническом описании микросхемы промелькнут слова «аудио» или «искажения», скорее всего, это будет хороший выбор. Помните, что многие современные операционные усилители имеют узкий диапазон допустимых напряжений питания! Коэффициент усиления в каждом из этих первых двух каскадов установлен равным всего 34, поэтому здесь довольно хорошо будут работать даже более медленные ОУ, однако следите за тем, чтобы произведение их усиления на полосу пропускания равнялось хотя бы 1 МГц. У некоторых операционных усилителей, прекрасных во всех отношениях, размах выходного напряжения недостаточен для этой схемы, выходной каскад которой не имеет усиления. Меньшая амплитуда на выходе IC1b означает снижение максимальной мощности, но впрочем, большого значения это обычно не имеет. Не пытайтесь использовать ОУ LM358 в первых двух каскадах; в режиме усилителя напряжения эта микросхема создаст неприятную проблему переходных искажений.

Для выходного каскада был выбран операционный усилитель LM358. При попытках использовать любые другие микросхемы я сталкивался с какими-нибудь трудностями. Первоначально я брал более быстрые ОУ, и на 8-омном эквиваленте нагрузки они показывали хорошие результаты, однако реактивность некоторых реальных громкоговорителей вызывала возбуждение схемы. Небольшие искажения, вносимые LM358, видны как очень слабое дрожание вблизи точки пересечения нуля на частоте в несколько килогерц, однако уровень результирующих гармоник находится за пределами человеческого слуха. При использовании более быстрых ОУ фазовый сдвиг в транзисторах TIP31 и TIP32 приводил к неустойчивости схемы.

Я временно снижал усиление первых каскадов, шунтируя два резистора 33 кОм резисторами 1 кОм. С помощью анализатора нелинейных искажений я измерил, что суммарный уровень гармоник при напряжении питания от 15 В до 18 В и выходной мощности, близкой к максимальной, равен 0.16%. Для LM358 это совсем неплохо! При сопротивлении нагрузки 16 Ом и напряжении питания 18 В искажения снижались до 0.1%. Замена транзисторов на 2N2219 и 2N2905 привела к росту искажений до 0.2% при питании 12 В.

Какой транзистор выбрать

При использовании TIP31 и TIP32 транзисторы моего прототипа работали без теплоотводов в диапазоне напряжений питания от 9 В до 21 В. Эти комплементарные транзисторы в корпусах TO-220 при естественном воздушном охлаждении допускают рассеяние мощности до 2 Вт, в то время как в моей схеме при нагрузке 8 Ом и питании 21 В на них выделяется максимум 1.3 В. Технически тут все нормально, однако транзисторы настолько горячи, что до них невозможно дотронуться. Поэтому, все же было бы неплохо воспользоваться небольшими навесными радиаторами с пружинными зажимами. При 8-омном динамике и напряжениях питания менее 18 В теплоотводы не нужны. Максимальная мощность, отдаваемая моим прототипом, аппроксимируется следующим выражением, полученным на основании эмпирических данных:

Используя эту формулу, вы можете определить, что мой прототип при питании напряжением 9 В отдает в нагрузку 8 Ом респектабельные 350 мВт. Это совсем немало для небольших радио проектов. На другом полюсе – при напряжении питания 21 В и нагрузке 8 Ом – формула предсказывает мощность 2.5 Вт, и это ровно то, что я измерил в точке начала ограничения. В этом тесте я использовал синусоидальный сигнал частотой 1 кГц.

Как ни странно, похоже, что своей устойчивостью схема обязана низкой граничной частоте силовых транзисторов. Я пробовал использовать более быстрые транзисторы (44H11 и 45H11), но получил возбуждение вблизи 700 кГц, несмотря на то, что SPICE моделирование предсказывало противоположное! Подозреваю, что более высокочастотные транзисторы просто не успевали внести дополнительный фазовый сдвиг вблизи частоты единичного усиления ОУ LM358 (1 МГц). (Это не более чем мое предположение). Выбор намного более быстрых транзисторов, таких как 2N2219 и 2N2905, возвращал схеме устойчивость, скорее всего потому, что присущий LM358 спад уже наступал к тому времени, когда транзисторы начинали сдвигать фазу. В этом случае результаты находились в согласии со SPICE. SPICE предупреждает, что совсем медленные транзисторы, такие как старинные 2N3055, будут еще более неустойчивыми. Одним словом, нужно экспериментировать!

При напряжении питания Vcc ниже 12 В рассеиваемая транзистором мощность становится меньше 350 мВт, и многие малосигнальные приборы будут хорошо работать без теплоотвода.

С какими проблемами я столкнулся

В этой схеме много усиления собрано в небольшом объеме и, что еще хуже, есть много тока, идущего через выходной каскад. Операционные усилители довольно хорошо подавляют обратную связь, создаваемую помехами по шинам питания и земли, но, тем не менее, эта обратная связь может создавать проблемы устойчивости. Провода от источника питания подключайте к схеме вблизи выходных транзисторов. Провод «земли» припаяйте возле точки соединения трех конденсаторов 10 мкФ и резистора 330 кОм. Обратите также внимание на входной фильтр 1 кОм/10 мкФ. Мощности, потребляемой усилителем, достаточно для небольшого проседания Vcc, и небольшая часть возникающей в связи с этим помехи, проникая на вход, приводит к генерации или, в моем случае, к загадочному падению входного импеданса. Небольшой RC фильтр эту обратную связь устраняет. Снизить усиление схемы вы можете, уменьшив сопротивления резисторов 33 кОм, или ограничившись только одним входным каскадом. Дополнительное усиление можно будет получить с помощью внешней схемы.

Помимо этого, вы можете столкнуться с проблемами устойчивости, связанными с выбором ОУ и транзисторов, о которых говорилось выше, поэтому было бы неплохо воспользоваться осциллографом и убедиться, что усилитель работает правильно.

Стабилизированный источник питания не является абсолютно необходимым для этой схемы, но, как минимум, нужно использовать конденсатор очень большой емкости, такой, как показанный на схеме конденсатор 2200 мкФ. Трехвыводной стабилизатор обеспечит некоторую дополнительную степень защиты транзисторов в случае короткого замыкания выхода на землю.

Чего хорошего в этом усилителе

Существуют микросхемы аудио усилителей, работающие не хуже, чем этот проект. Однако в предлагаемой схеме использованы детали, которые всегда есть под рукой у большинства радиолюбителей. Усилитель работает в широком диапазоне напряжений питания, а его ток покоя легко изменить в соответствии с требованиями конкретного приложения.

Питание напряжением 9 В делает эту схему прекрасным усилителем для небольших проектов. При замене транзисторов на 2N4401 и 2N4403 получается усилитель, похожий на популярный LM386, однако с регулируемым током покоя и несоизмеримо меньшими искажениями на полной мощности.

Подключив электрогитару, я получил отличный репетиционный усилитель! При питании 18 В и с хорошими динамиками он звучит удивительно громко и чисто. Гитаре его усиления более чем достаточно. Для регулировки громкости параллельно входу я добавил резистор, подключив его движок через конденсатор 1 мкФ. Сопротивление этого потенциометра изменяет входной импеданс усилителя. Хорошо подойдет потенциометр 10 кОм с обратной логарифмической зависимостью характеристики.

Сердцевиной проекта является выходной каскад, а предварительный усилитель может быть и другим. Только не забывайте, что для получения максимальной мощности размах напряжения должен быть близок к шинам питания, так как выходной каскад не имеет усиления по напряжению.

Как работать с ОУ LM358: схемы включения и практическое применение. Усилитель термопары на LM358

Нам известно, что на выходе термопары полученное напряжение очень низкое, и Arduino не может его измерить.

Для решения данной проблемы нам нужно собрать усилитель термопары, чтобы выходное напряжение было около 5 вольт при 1000 градусах температуры. Сделал данный опыт на микросхеме LM358 и собрал усилитель для термопары. Стал делать опыты на усилетеле. Добился результатов, которые на видео. Если результаты получатся удовлетворительными, буду делать модуль для термопары, чтобы подключить его к Arduino.

Усилитель термопары на LM358. На опытах используется термопара КТХК -40. 400 С.

Несколько лет назад я столкнулся с необходимостью измерения температуры с помощью термопар. Существенно мне помог в этом один человек, которому я до сих пор благодарен. Не сильно вдаваясь в теоретические аспекты, хочу предложить простой вариант усилителя термопары. Этот усилитель повторили несколько человек и тоже были получены хорошие результаты.

Основная схема.

Основа усилителя взята из технического описания на операционный усилитель ОР213. Данный ОУ можно отнести к точным ОУ с малым тепловым дрейфом нуля

Сразу скажу, что на фирменной схеме допущена досадная ошибка. Точка соединения резисторов R8 и R6 должна быть исключена. Схема позволяет измерять температуру в диапазоне 0 – 1000 о С с точностью 0,02 о С при применение данного ОУ и термопары К-типа. Эта термопара обладает наиболее близкой к прямой термоэлектрической характеристикой. Термоэлектроды изготовлены из сплавов на никелевой основе. Хромель (НХ9,5) содержит 9. 10 %Сг; 0,6. 1,2 % Со; алюмель (НМцАК) — 1,6. 2.4 % Al, 0.85. 1,5 Si, 1,8. 2,7 % Mn. 0.6. 1.2 % Со. Алюмель светлее и слабо притягивается магнитом; этим он отличается от более темного в отожженном состоянии совершенно немагнитного хромеля. Благодаря высокому содержанию никеля хромель и алюмель лучше других неблагородных металлов по стойкости к окислению. Учитывая почти линейную зависимость термоЭДС термопары хромель — алюмель от температуры в диапазоне 0. 1000°С, ее наиболее часто применяют в терморегуляторах.

Подключение электродов термопары к разъемам платы усилителя образует еще один источник термоЭДС (холодный спай) напряжение на котором вносит существенную ошибку в истинные показания. Для устранения этой погрешности применяют разные методы. В данном случае для компенсации напряжения холодного спая применен простой и эффективный способ. Как можно ближе к разъему подключается кремневый диод. Известная зависимость тока p-n перехода от температуры позволяет сформировать компенсационное напряжение для коррекции ошибки холодного спая.

ОУ питается напряжением +12В, максимальное выходное напряжение ОУ будет составлять, за счет внутреннего падения напряжения, чуть больше 10В. Схема на ОУ представляет усилитель с ОС с коэф. усиления около 200. Резистор R6 осуществляет балансировку опорного напряжения ОУ ( установку нуля).

Точный стабилизатор напряжения REF02EZ позволяет получить из напряжения питания стабилизированное напряжение для питания входных делителей ОУ с точностью около 1мВ.

Значения резисторов, особенно входных делителей, должны быть как можно точней соответствовать указанным на схеме.

Практическая реализация.

Всем хороша данная схема, но комплектующие не дешевы, а заявленная точность не всегда нужна в большинстве случаев. Самое распространенная задача, это измерять температуру до 400 о С с точностью +/- 1-2 о С. Под эту задачу и была разработана простая и дешевая схема.

Не используется опорный стабилизатор, Применен более дешевый и распространенный ОУ LM358. Напряжение питания 5В, поэтому максимально можно измерить реально 375 оС. Относительно большой температурный дрейф ОУ определяет ошибку измерения, не более 2 оС. Для увеличения помехоустойчивости по переменному току применен конденсатор С1. Резистором R12 можно корректировать коэф усиления в зависимости от применяемой термопары. В диапазоне до 400 оС многие типы термопар достаточно линейны, поэтому появляется возможность применения любой подходящей термопары. Хорошие результаты получаются с термопарами от цифровых мультиметров. Так как микросхема LM358 содержит два ОУ, то удобно реализовать на одной микросхеме двухканальный вариант.

Особенности при изготовлении.

Термокомпенсационный диод желательно разместить снизу печатной платы, так чтобы его корпус был как можно физически был ближе к разъему. Хорошо применить термопасту. Резисторы можно применить как SMD типа, так и обычные 0,125 Вт. Я обычно применяю последовательно соединенные резисторы стандартного ряда.

Усилитель термопары с компенсацией на lm358. Описание микросхемы LM358

Нам известно, что на выходе термопары полученное напряжение очень низкое, и Arduino не может его измерить.

Усилитель термопары на LM358. На опытах используется термопара КТХК -40. 400 С.

Основная схема.

Практическая реализация.

Особенности при изготовлении.

Экономичный усилитель мощности звуковых частот на ОУ LM358.

Современная элементная база позволяет создавать электронные устройства с очень низким потреблением тока, будь то: миниатюрный приёмник, плеер или какое-либо иное устройство, подразумевающее питание от гальванических или химических источников тока.
За счёт мобильности и отсутствия наводок, подобные источники зачастую имеют ряд преимуществ перед сетевыми, однако постоянная необходимость замены батареек и зарядки аккумуляторов создаёт ряд неприятных проблем для человека, не обременённого хорошей памятью, рассеянного и раздражительного.
Зачастую главным поедателем электрической энергии в устройстве выступает усилитель мощности звуковых частот (УМЗЧ), он же — усилитель низких частот (УНЧ).
И если выходная мощность усилителя — это параметр небесполезный, т. е. параметр, описывающий качественные параметры УНЧ, то ток покоя в режиме молчания — абсолютно паразитная величина, снижающая КПД как усилителя, так и всего устройства в целом.
Избавиться от этой паразитной величины довольно просто — достаточно ввести выходной каскад в режим класса C. Данный режим имеет очень высокий КПД (около 90%), но зачастую сопровождается большими искажениями усиливаемого сигнала, т. к. рабочая точка транзисторов находится за точкой отсечки полупроводника, а конкретно — на 0,6. 0,7В ниже начала области относительной линейности.
Однако если перед таким выходным каскадом поставить современный операционный усилитель с Ku

100000 и охватить всё это хозяйство 100% обратной связью, то эта зона нелинейности снизится всё в те же 100000 раз и составит жалкие единицы микровольт.

Итак, поскольку мне (да думаю и многим другим) в радиолюбительской практике часто нужен достаточно качественный, но очень небольшой и экономичный звуковой усилитель, работающий от батарейки системы «Крона», было решено остановиться на следующем схемотехническом решении:

Рис.1 Схема экономичного усилителя мощности звуковых частот

Усилитель выполнен на распространённом операционном усилителе LM358, который в одном корпусе содержит два независимых маломощных операционных усилителя с высоким коэффициентом усиления и частотной компенсацией. Отличается низким потреблением тока (

0,7мА) и возможностью работать в схемах с однополярным питанием от 3 до 32 вольт.

Собственно говоря, именно эти 0,7 мА УНЧ и потребляет от батарейки в режиме молчания. А если сравнивать его с популярной микросхемой усилителя мощности LM386 с током покоя 4. 5 мА, то разница в 4мА для маломощной батарейки это, поверьте, приличная величина, которая позволяет значительно продлить срок её службы.

На первой половинке LM358 (ОР.1.1) выполнен обычный неинвертирующий каскад усиления, входное сопротивление которого составляет

100 кОм, а коэффициент усиления регулируется переменным резистором R3 в диапазоне от 2 до 200.

Выходные транзисторы, работающие в режиме класса C, охвачены со второй половиной LM358 100% ООС и образуют обычный повторитель напряжения. Для получения максимальной выходной мощности важно, чтобы их коэффициент передачи тока был не менее 2000/Rн.

Следует отметить, что LM358 относится к редкому типу микросхем с несимметричным ограничением выходного сигнала при напряжении на выходе, равном половине Еп. Поэтому для получения максимальной неискажённой выходной мощности в схему введён подстроечный резистор R4. Регулировкой этого подстроечника необходимо добиться одновременного начала ограничения обеих полуволн. Лучше всего это сделать при помощи генератора и осциллографа, а при их отсутствии — посредством собственного слухового аппарата при максимально громком воспроизведении какого либо музыкального, либо иного материала.

Так как усилитель используется мной в основном для экспериментальных целей и подразумевает работу совместно с наушниками, то я без зазрения совести впаял в выходном каскаде маломощные транзисторы из имеющихся в наличии — КТ3102 и КТ3107. Усилитель, подключённый к звуковому разъёму телефона, продемонстрировал отличное качество воспроизведения музыки при любых уровнях громкости, по крайней мере — лучшее, чем сам телефон с подключёнными к нему напрямую наушниками.

При использовании транзисторов, указанных на схеме, выходная мощность усилителя при работе на 4. 8 — омную нагрузку составит 500. 600 мВт.