雙運放LM358的恒流充電應用

王永奇（貴州電子信息職業技術學院,貴州　凱里　556000）

雙運放LM358的恒流充電應用

王永奇
（貴州電子信息職業技術學院,貴州凱里556000）

摘要:集成運算放大器具有增益高、輸入電阻大、輸出電阻小、共模抑制比大等特點，具有線性應用和非線性應用兩種應用環境。集成電路LM358是雙運放集成運算放大器，恒流充電應用包含線性和非線性兩種，屬于較典型的應用環境。雙運放LM358的恒流充電應用闡述集成運算放大器的組成、工作原理、特點及應用。

關鍵詞:運算放大器；特點；應用；工作原理

1　LM358雙運放概述

集成電路LM358內部有兩個獨立的運算放大器，具有增益高、設有內部頻率補償、適用于電壓范圍很寬的單電源，也適用于雙電源工作方式等特點，在推薦工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他可用單電源供電的運放應用環境。內部電路如圖1所示。

2　LM358引腳排列

集成電路LM358的引腳排列如圖2所示。

3　典型應用電路

3.1典型應用電路如圖3所示

該電路為恒流充電電路，其主要由恒流充電、電池電量檢測、電壓比較器、顯示等電路組成。

恒流充電電路由LM358中A運放、Q1、Q2、R2、R4、R7、R8、R9、XF1、C2組成。

電池電量檢測電路由TL431、R10、R11、R12、XF1、C3組成。電壓比較器電路由LM358中B運放、R3、R5、R6組成。

顯示電路由Q3、LED1（紅色）、LED2（綠色）、R13、R14、R15組成。

3.2TL431功能簡介

集成電路TL431是具有良好熱穩定性的三端可調分流基準源，簡單應用電路如圖4所示，輸出電壓由R1和R2分壓任意地將輸出電壓設置為2.5V到36V范圍內的任意值。

集成電路TL431可等效為一只穩壓值可調的穩壓二極管，穩壓值由外部精密分壓電阻R1、R2設定，如圖4所示。輸出電壓UO=Uref(1+R1/R2)(Uref=2.5v為內部基準電壓源電壓)，R3是TL431的限流電阻，用于限制電流IKA，調整輸出電壓UO，達到穩壓的目的。其穩壓原理為：當輸入電壓或負載變化引起UO升高時，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF＞Uref，破壞TL431的穩定條件（UREF=Uref），IKA升高，UR3升高,UO下降,取樣電壓UREF也隨之下降，當UO下降到使UREF=Uref時輸出電壓穩定。反之，UO下降會導致UREF下降，使UREF＜Uref，破壞TL431的穩定條件（UREF=Uref），IKA下降，UR3下降,UO升高,使取樣電壓UREF也隨之升高，當UO升高到使UREF=Uref時輸出電壓穩定。綜上所述，TL431構成穩壓電路的穩壓原理是通過對輸出電壓進行取樣，將取樣電壓值UREF與內部基準電壓Uref進行比較，根據比較結果調整陰極（K極）和陽極（A極）之間的電流IKA，從而實現輸出電壓的調整。

三端可調分流基準源TL431的特點是當取樣電壓值UREF與內部基準電壓Uref相等（UREF=Uref）時，流過陰極（K極）和陽極（A極）的電流IKA恒定不變，當取樣電壓值UREF大于內部基準電壓Uref（UREF＞Uref）時，流過陰極（K極）和陽極（A極）的電流IKA快速增加，其內阻減小。當取樣電壓值UREF小于內部基準電壓Uref（UREF＜Uref）時，流過陰極（K極）和陽極（A極）的電流IKA快速減小，其內阻增大。

3.3恒流充電工作原理

3.3.1充電器接通電源，電池未安裝。

充電器接通電源后，電源通過R1加到集成電路LM358的第8腳（電源輸入端），集成電路LM358內部運算放大器開始工作，Q1處于微導狀態。由于電池未安裝，流過電阻XF1的電流為0，電壓降為0。集成電路LM358第3腳輸入電壓為0，LM358中A運放構成的電壓放大器輸出電壓為0，即LM358第1腳輸出電壓為0，Q2處于截止狀態。集成電路LM358第5腳輸入電壓為0，LM358中B運放構成電壓比較器的輸出為低電平，即集成電路LM358第7腳輸出低電平，發光二極管LED2處于截止狀態（不發光），Q3處于截止狀態，發光二極管LED1處于導通狀態（發紅光）。

3.3.2安裝電池，充電器接通電源。

充電器接通電源，電源通過R1加到集成電路LM358的第8腳（電源輸入端），集成電路LM358內部運算放大器工作。安裝手機電池后，充電器檢測手機電池電量（手機電池正負極電壓），當檢測到手機電池電量低（手機電池正負極電壓低）時，精密可調基準電源TL431的輸出電壓UO設定端UREF＜Uref(Uref=2.5v為基準電壓),TL431K、A之間電流（陰陽極之間電流）IKA小，Q1處于導通狀態，充電器為手機電池充電。充電器為手機電池充電時，電阻XF1有電流通過，電阻XF1電壓降通過R9加到集成電路LM358第3腳，LM358中的A運放構成的電壓放大器輸出電壓升高，即LM358第1腳輸出電壓升高，Q2處于放大狀態。集成電路LM358第5腳輸入電壓升高，LM358中的B運放構成電壓比較器，集成電路LM358第7腳輸出高電平，發光二極管LED2處于導通狀態（發綠光），Q3處于飽和導通狀態，集電極電位Vc3小于等于0.3V，發光二極管LED1處于截止狀態（不發光）。當檢測到手機電池電量已經達到要求（手機電池正負極電壓高）時，精密可調基準電源TL431的輸出電壓UO設定端UREF＞Uref, TL431K、A之間電流（陰陽極之間電流）IKA增大，電阻R8兩端電壓增加，三極管Q1基極電位Vb1降低,三極管Q1進入截止狀態，Ic1為0，充電器停止充電。

3.3.3恒流充電工作原理。

當充電電流增加時，電阻XF1兩端電壓增加，集成電路LM358 第3腳輸入電壓升高，經LM358中A運放構成電壓放大器放大后，集成電路LM358第1腳輸出電壓升高，Q2基極電位Vb2升高，Ib2增加，Ic2增加（Q2工作在放大狀態），Vc2減小，Vb1減小，Ib1減小，Ic1減小（Q2工作在放大狀態），即充電電流減小。

當充電電流減小時，電阻XF1兩端電壓減小，集成電路LM358 第3腳輸入電壓降低，經LM358中的A運放構成電壓放大器放大后，集成電路LM358第1腳輸出電壓降低，Q2基極電位Vb2降低，Ib2減小，Ic2減小（Q2工作在放大狀態），Vc2增加，Vb1增加，Ib1增加，Ic1增加（Q2工作在放大狀態），即充電電流增加。

3.3.4電池電量檢測及停止充電工作原理。

隨著充電時間的增加和電量的存儲，充電電池兩端電壓增加，三極管Q1發射極電位Ve1增加,精密可調基準電源TL431的輸出電壓UO設定端UREF增加。當UREF＞Uref(Uref為基準電壓，Uref=2.5v)時, TL431K、A之間電流（陰陽極之間電流）IKA增加，電阻R8兩端電壓增加，三極管Q1基極電位Vb1降低,三極管Q1進入截止狀態，Ic1為0，電路停止充電。

當電路停止充電后，流過電阻XF1電流為0，電壓降也為0。集成電路LM358第3腳輸入電壓為0，LM358中的A運放構成電壓放大器，其第1腳輸出為0，Q2處于截止狀態，集成電路LM358第5腳輸入電壓為0，LM358中的B運放構成電壓比較器，集成電路LM358第7腳輸出低電平，發光二極管LED2處于截止狀態（不發光），Q3處于截止狀態，發光二極管LED1處于導通狀態（發紅光）。

作者簡介：王永奇（1963—），男，布依族，貴州長順人，本科，實驗師，研究方向：移動通信。