Перейти к содержанию

LM358 и LM324 — операционные усилители для однополярного питания

LM358 — два, а LM324 — четыре одинаковых операционных усилителя, рассчитанных на питание от одного источника 3–32 В. Их входы и выход доходят до минуса питания, поэтому они так популярны в схемах на микроконтроллерах. Разбираем по даташитам onsemi распиновку, параметры и ограничения, о которые чаще всего спотыкаются.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

LM358 и LM324 — одна схема: onsemi прямо пишет, что LM358 эквивалентен половине LM324. Оба рассчитаны на питание от одного источника, их синфазный диапазон входа включает минус питания, а выход доходит почти до него. Ток потребления — около пятой доли тока классического MC1741 на один усилитель.

Коротко

  • Питание — 3–32 В однополярное или ±1,5…±16 В двуполярное.
  • Вход — от 0 (от VEE) до VCC − 1,7 В; ниже минуса питания больше чем на 0,3 В опускать нельзя, а до +32 В входы выдерживают при любом питании.
  • Выход — от 5 мВ над землёй до VCC − 1,5 В (3,5 В при питании 5 В и нагрузке 2 кОм).
  • Смещение нуля — 2 мВ типично, до 7 мВ (LM358A — до 3 мВ) при 25 °C.
  • Ток потребления — 0,7 мА типично и 1,2 мА максимум на весь корпус при 5 В.
  • Частота единичного усиления — около 1 МГц по графику АЧХ разомкнутой петли (рис. 6 даташита LM324).

Распиновка

LM358, вид сверху: 1 выход A, 2 инвертирующий вход A, 3 неинвертирующий вход A, 4 VEE или общий, 5 неинвертирующий вход B, 6 инвертирующий вход B, 7 выход B, 8 VCCLM3581OUT A2IN− A3IN+ A4VEE5IN+ B6IN− B7OUT B8VCCвид сверху
LM358 в корпусе DIP-8 или SO-8, вид сверху
LM324, вид сверху: 1 выход 1, 2 и 3 входы 1, 4 VCC, 5 и 6 входы 2, 7 выход 2, 8 выход 3, 9 и 10 входы 3, 11 VEE или общий, 12 и 13 входы 4, 14 выход 4LM3241OUT 12IN− 13IN+ 14VCC5IN+ 26IN− 27OUT 28OUT 39IN− 310IN+ 311VEE12IN+ 413IN− 414OUT 4вид сверху
LM324 в корпусе DIP-14 или SO-14, вид сверху

Обратите внимание на питание: у LM358 плюс — вывод 8, минус — вывод 4, а у LM324 наоборот — плюс на выводе 4, минус на выводе 11. Перепутать их при переходе с одной микросхемы на другую — частая ошибка.

Параметры

Электрические характеристики при VCC = 5 В, VEE = 0, 25 °C (через дробь — типичное и максимальное или минимальное значение):

ПараметрLM358LM324Условия
Смещение нуля VIO2 / 7 мВ (LM358A — 3 мВ)2 / 7 мВ (LM324A — 3 мВ)
Дрейф смещения7 мкВ/°C7 мкВ/°C
Входной ток IIB−45 / −250 нА−90 / −250 нА
Разность входных токов IIO5 / 50 нА5 / 50 нА
Синфазный диапазон0…28,3 В0…28,3 ВVCC = 30 В
Усиление без ОС AVOL100 В/мВ типично, не меньше 25100 В/мВ типично, не меньше 25VCC = 15 В, Rн = 2 кОм
Ослабление синфазного сигнала70 дБ, не меньше 6570 дБ, не меньше 65
Ослабление влияния питания100 дБ, не меньше 65100 дБ, не меньше 65
Выход, верхний уровень3,5 В, не меньше 3,3 В3,5 В, не меньше 3,3 ВRн = 2 кОм
Выход, нижний уровень5 / 20 мВ5 / 20 мВRн = 10 кОм
Вытекающий ток выхода40 мА, не меньше 2040 мА, не меньше 20VCC = 15 В
Втекающий ток выхода20 мА, не меньше 10; 50 мкА, не меньше 12 при выходе 200 мВто жеVCC = 15 В
Ток короткого замыкания40 / 60 мА40 / 60 мАна землю
Ток потребления корпуса0,7 / 1,2 мА; 1,5 / 3,0 мА при 30 Вдо 1,2 мА; до 3,0 мА при 30 Вбез нагрузки

Предельные режимы LM358: питание 32 В (±16 В), дифференциальное входное напряжение ±32 В, входы от −0,3 до 32 В, короткое замыкание выхода — длительно. Но onsemi предупреждает: замыкание выхода на VCC может перегреть и разрушить микросхему, особенно если замкнуты все усилители сразу. Тепловое сопротивление кристалл–среда — 161 °C/Вт в DIP-8, 212 °C/Вт в SOIC-8, 238 °C/Вт в Micro8.

Исполнения

ДвухканальныеЧетырёхканальныеДиапазон температур
LM358, LM358A, LM358ELM324, LM324A, LM324E0…+70 °C
LM258LM224−25…+85 °C
LM2904, LM2904A, LM2904ELM2902, LM2902E−40…+105 °C
LM2904V, NCV2904LM2902V, NCV2902−40…+125 °C

Буква A означает более точные исполнения: меньшее смещение нуля и входной ток. Приставка NCV — исполнения для автомобильной электроники с квалификацией AEC-Q100.

Частотные свойства

В таблицах даташита полосы пропускания и скорости нарастания нет — только графики. По рис. 6 даташита LM324 усиление разомкнутой петли падает до единицы примерно на 1 МГц, а по рис. 7 полный размах выхода около 13,5 В при питании 15 В сохраняется лишь примерно до 5 кГц и быстро падает выше. Поэтому LM358 и LM324 подходят для сигналов датчиков, звуковых частот и медленной автоматики, но не для быстрых сигналов. Для оценки полосы конкретной схемы пригодится страница глоссария «Произведение усиления на полосу (GBW)».

Типичные ошибки

  • Вход у верхнего предела. Вход работает только до VCC − 1,7 В. Повторитель на LM358 с питанием 5 В не передаст сигнал выше 3,3 В — например, полную шкалу датчика 0–5 В.
  • Выход не доходит до питания. При 5 В и нагрузке 2 кОм — не выше 3,3–3,5 В. Чтобы получить на АЦП 0–5 В, LM358 питают от более высокого напряжения или берут ОУ rail-to-rail.
  • Отрицательное напряжение на входе. Ниже минуса питания больше чем на 0,3 В вход опускать нельзя — если в схеме это возможно, вход нужно защитить.
  • Смещение нуля при большом усилении. 7 мВ смещения при K = 100 — до 0,7 В ошибки на выходе. Подробнее — на странице «Напряжение смещения нуля».

Схемы включения с формулами и расчёт резисторов — в статье «Операционный усилитель» и в калькуляторе ОУ. Другие ОУ — в разделе «Операционные усилители».

Частые вопросы

Можно ли питать LM358 от 5 В?

Да, рабочий диапазон — от 3 до 32 В. Но при 5 В выход поднимается только до 3,3 В минимум (3,5 В типично) на нагрузке 2 кОм, а вход работает лишь до VCC − 1,7 В, то есть до 3,3 В. Для сигнала, который должен доходить почти до 5 В, нужен ОУ с входом и выходом rail-to-rail.

Чем LM2904 отличается от LM358?

Температурным диапазоном: LM358 — 0…70 °C, LM2904 — −40…105 °C, LM2904V и NCV2904 — −40…125 °C, причём NCV2904 квалифицирован для автомобильной электроники. Цоколёвка и основные параметры у них те же. Так же соотносятся LM324 и LM2902.

Почему выход LM358 не опускается точно до нуля?

Опускается почти до нуля, но выходной каскад у самого минуса питания может принимать лишь малый ток: при выходе 200 мВ — не меньше 12 мкА, тогда как при большем перепаде — 10–20 мА. Если нагрузка подтянута к плюсу, выход упрётся в падение на этом токе. На нагрузке 10 кОм к общему проводу выход опускается до 5–20 мВ.

Сколько потребляет LM358?

Весь корпус с двумя усилителями без нагрузки — 0,7 мА типично и до 1,2 мА при питании 5 В, 1,5 мА типично и до 3,0 мА при 30 В. У LM324 с четырьмя усилителями максимум тот же: 1,2 мА при 5 В и 3,0 мА при 30 В. Ток нагрузки выхода добавляется к этим значениям.

Источники

  1. onsemi. LM258, LM358, LM358A, LM358E, LM2904, LM2904A, LM2904E, LM2904V, NCV2904: Single Supply Dual Operational Amplifiers (LM358/D, Rev. 36, September 2024) — с. 1 — выводы; с. 3 — предельные режимы и тепловые сопротивления; с. 4 — электрические характеристики LM358, LM358A и LM258, примечание 5 о синфазном диапазоне
  2. onsemi. LM324, LM324A, LM324E, LM224, LM2902, LM2902E, LM2902V, NCV2902: Single Supply Quad Operational Amplifiers (LM324/D, Rev. 31, October 2021) — с. 1 — выводы DIP-14 и SOIC-14; с. 3–4 — характеристики; рис. 6 — АЧХ разомкнутой петли; рис. 7 — размах выхода от частоты

Нашли ошибку?

Смотрите также