【导读】手边有一堆之前购买到的 LM358 低功耗双运放 IC 芯片。下面计划对其基本功能进行测试。这是在面包板上搭建的一个振荡电路。电路输出方波和三角波。应用 LM358 其中的一个运放，R1，R2 正反馈网络使得LM358形成斯密特特性的比较器。R3, C1 构成负反馈，形成多谐振荡器。这是测量电路工作波形。蓝色信号是 LM358的输出，青色波形是 C1 电容上的充放电波形。振荡频率为 1.826kHz。下面应用这个电路来测量两个特性。一个是振荡电路随着工作电压变化，对应的频率变化。另外一个是该电路的最大工作电压是多少。下面让我们看一下测量的结果。
一、前言
手边有一堆之前购买到的 LM358 低功耗双运放 IC 芯片。下面计划对其基本功能进行测试。这是在面包板上搭建的一个振荡电路。电路输出方波和三角波。应用 LM358 其中的一个运放，R1，R2 正反馈网络使得LM358形成斯密特特性的比较器。R3, C1 构成负反馈，形成多谐振荡器。这是测量电路工作波形。蓝色信号是 LM358的输出，青色波形是 C1 电容上的充放电波形。振荡频率为 1.826kHz。下面应用这个电路来测量两个特性。一个是振荡电路随着工作电压变化，对应的频率变化。另外一个是该电路的最大工作电压是多少。下面让我们看一下测量的结果。
二、测量结果
利用 DH1766 程控直流电压源提供 LM358 正负工作电源。电源电压从 0 V 一直变化到 24V， 测量 200 个数据点。 示波器观察到振荡电路输出的波形。 利用 FLUKE45 数字万用表测量 LM358 输出信号的频率， 这样便可以获得该振荡电路不同工作电源下的振荡频率的变化。 通过Python 编程， 自动完成整个测量过程。
这是测量结果， 当 LM358 工作电源超过大约 1.5V之后， 振荡电路开始震荡。 之后， 随着电压的提升， 振荡频率呈现缓慢下降。 当电压超过 15V 时， 电路的振荡频率开始急速下降了。 丛卓然可以看出， LM358 工作电压范围大约是在 1.5V 至 15V之间。
▲ 图1.2.1 不同工作电压下振荡器的频率
三、工作电压范围
下面先测量运放低压的起始工作电压。对于 LM358的工作电压， 从 0V 增加到 2V， 测量 200个工作点， 对于每个电压工作点， 记录振荡器输出信号的频率。 测量运放什么时候开始出现震荡信号。 在测量过程中可以观察到， LM358 输出的电压波形也是从小变大， 频率也逐步随着工作电压升高而增加。 这是测量得到的结果。 从图中可以看到， 当工作电压超过 1.3V的时候， 电路就开始有震荡， 只是振荡频率比较低。 ·当工作电压超过1.5V， 正负电源之间的电压超过 3V， 振荡频率已经超过了 1000 Hz。 +通过这个测量， 大约可以知道 LM358 起始工作电压大约为 正负 1.5V。
▲ 图1.3.1 测量起始工作电压
下面测量LM358芯片的高压工作范围。 这个测量比较危险， 所以留作最后进行。 说不好就需要跟这颗芯片永别了。 这是在工作电压变化到正负 25V之后， 可以看到输出波形非常不稳定， 二维出现了不正常的电压。 在此过程中， 芯片外观并没有出现过热，或者冒烟。 当电压超过 正负 28V 之后， 振荡电路便停止振荡了。 电压越高， 电路的工作电压已经降低到 1.5mA 。
▲ 图1.3.2 测量频率与工作电压的关系
这是测量结果。 可以看到其中有一个频率峰值。 之后， 电路就彻底停止振荡了。 在前面有一个变化模式的改变， 之后出现了信号频率的突变。 为了便于观察电话的细节， 将前面频率峰值消去， 这是现实了峰值之前的频率变化。 大体上， 在正负15V之前， LM358振荡电路工作正常。 电源电压超过15V之后， 输出频率变急剧下将， 这是因为其内部电路工作点发生了本质的变化。 输出波形也不再是对称的方波信号了。 到了一个关键点， 振荡频率出现了一个回光返照， 这个电压大约是 正负25V， 之后， 芯片便进入了永久性的损坏。
总结
通常情况下， 我们从LM358数据手册上， 会多多少少知道它的工作电压范围， 但对于靠近电压范围的时候， 运放工作特性究竟有什么变化， 我们并不是太清楚。 本文通过 LM358 的振荡电路测量， 可以看到它的振荡频率随着工作电压的变化情况， 这让我们了解到 LM358受到工作电源电压的影响是什么情况。 特别是， 测量结果获得了 LM358的工作电压范围。
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