双运放LM358的恒流充电应用

王永奇（贵州电子信息职业技术学院,贵州　凯里　556000）

双运放LM358的恒流充电应用

王永奇
（贵州电子信息职业技术学院,贵州凯里556000）

摘要:集成运算放大器具有增益高、输入电阻大、输出电阻小、共模抑制比大等特点，具有线性应用和非线性应用两种应用环境。集成电路LM358是双运放集成运算放大器，恒流充电应用包含线性和非线性两种，属于较典型的应用环境。双运放LM358的恒流充电应用阐述集成运算放大器的组成、工作原理、特点及应用。

关键词:运算放大器；特点；应用；工作原理

1　LM358双运放概述

集成电路LM358内部有两个独立的运算放大器，具有增益高、设有内部频率补偿、适用于电压范围很宽的单电源，也适用于双电源工作方式等特点，在推荐工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他可用单电源供电的运放应用环境。内部电路如图1所示。

2　LM358引脚排列

集成电路LM358的引脚排列如图2所示。

3　典型应用电路

3.1典型应用电路如图3所示

该电路为恒流充电电路，其主要由恒流充电、电池电量检测、电压比较器、显示等电路组成。

恒流充电电路由LM358中A运放、Q1、Q2、R2、R4、R7、R8、R9、XF1、C2组成。

电池电量检测电路由TL431、R10、R11、R12、XF1、C3组成。电压比较器电路由LM358中B运放、R3、R5、R6组成。

显示电路由Q3、LED1（红色）、LED2（绿色）、R13、R14、R15组成。

3.2TL431功能简介

集成电路TL431是具有良好热稳定性的三端可调分流基准源，简单应用电路如图4所示，输出电压由R1和R2分压任意地将输出电压设置为2.5V到36V范围内的任意值。

集成电路TL431可等效为一只稳压值可调的稳压二极管，稳压值由外部精密分压电阻R1、R2设定，如图4所示。输出电压UO=Uref(1+R1/R2)(Uref=2.5v为内部基准电压源电压)，R3是TL431的限流电阻，用于限制电流IKA，调整输出电压UO，达到稳压的目的。其稳压原理为：当输入电压或负载变化引起UO升高时，取样电压UREF也随之升高，使UREF＞Uref，破坏TL431的稳定条件（UREF=Uref），IKA升高，UR3升高,UO下降,取样电压UREF也随之下降，当UO下降到使UREF=Uref时输出电压稳定。反之，UO下降会导致UREF下降，使UREF＜Uref，破坏TL431的稳定条件（UREF=Uref），IKA下降，UR3下降,UO升高,使取样电压UREF也随之升高，当UO升高到使UREF=Uref时输出电压稳定。综上所述，TL431构成稳压电路的稳压原理是通过对输出电压进行取样，将取样电压值UREF与内部基准电压Uref进行比较，根据比较结果调整阴极（K极）和阳极（A极）之间的电流IKA，从而实现输出电压的调整。

三端可调分流基准源TL431的特点是当取样电压值UREF与内部基准电压Uref相等（UREF=Uref）时，流过阴极（K极）和阳极（A极）的电流IKA恒定不变，当取样电压值UREF大于内部基准电压Uref（UREF＞Uref）时，流过阴极（K极）和阳极（A极）的电流IKA快速增加，其内阻减小。当取样电压值UREF小于内部基准电压Uref（UREF＜Uref）时，流过阴极（K极）和阳极（A极）的电流IKA快速减小，其内阻增大。

3.3恒流充电工作原理

3.3.1充电器接通电源，电池未安装。

充电器接通电源后，电源通过R1加到集成电路LM358的第8脚（电源输入端），集成电路LM358内部运算放大器开始工作，Q1处于微导状态。由于电池未安装，流过电阻XF1的电流为0，电压降为0。集成电路LM358第3脚输入电压为0，LM358中A运放构成的电压放大器输出电压为0，即LM358第1脚输出电压为0，Q2处于截止状态。集成电路LM358第5脚输入电压为0，LM358中B运放构成电压比较器的输出为低电平，即集成电路LM358第7脚输出低电平，发光二极管LED2处于截止状态（不发光），Q3处于截止状态，发光二极管LED1处于导通状态（发红光）。

3.3.2安装电池，充电器接通电源。

充电器接通电源，电源通过R1加到集成电路LM358的第8脚（电源输入端），集成电路LM358内部运算放大器工作。安装手机电池后，充电器检测手机电池电量（手机电池正负极电压），当检测到手机电池电量低（手机电池正负极电压低）时，精密可调基准电源TL431的输出电压UO设定端UREF＜Uref(Uref=2.5v为基准电压),TL431K、A之间电流（阴阳极之间电流）IKA小，Q1处于导通状态，充电器为手机电池充电。充电器为手机电池充电时，电阻XF1有电流通过，电阻XF1电压降通过R9加到集成电路LM358第3脚，LM358中的A运放构成的电压放大器输出电压升高，即LM358第1脚输出电压升高，Q2处于放大状态。集成电路LM358第5脚输入电压升高，LM358中的B运放构成电压比较器，集成电路LM358第7脚输出高电平，发光二极管LED2处于导通状态（发绿光），Q3处于饱和导通状态，集电极电位Vc3小于等于0.3V，发光二极管LED1处于截止状态（不发光）。当检测到手机电池电量已经达到要求（手机电池正负极电压高）时，精密可调基准电源TL431的输出电压UO设定端UREF＞Uref, TL431K、A之间电流（阴阳极之间电流）IKA增大，电阻R8两端电压增加，三极管Q1基极电位Vb1降低,三极管Q1进入截止状态，Ic1为0，充电器停止充电。

3.3.3恒流充电工作原理。

当充电电流增加时，电阻XF1两端电压增加，集成电路LM358 第3脚输入电压升高，经LM358中A运放构成电压放大器放大后，集成电路LM358第1脚输出电压升高，Q2基极电位Vb2升高，Ib2增加，Ic2增加（Q2工作在放大状态），Vc2减小，Vb1减小，Ib1减小，Ic1减小（Q2工作在放大状态），即充电电流减小。

当充电电流减小时，电阻XF1两端电压减小，集成电路LM358 第3脚输入电压降低，经LM358中的A运放构成电压放大器放大后，集成电路LM358第1脚输出电压降低，Q2基极电位Vb2降低，Ib2减小，Ic2减小（Q2工作在放大状态），Vc2增加，Vb1增加，Ib1增加，Ic1增加（Q2工作在放大状态），即充电电流增加。

3.3.4电池电量检测及停止充电工作原理。

随着充电时间的增加和电量的存储，充电电池两端电压增加，三极管Q1发射极电位Ve1增加,精密可调基准电源TL431的输出电压UO设定端UREF增加。当UREF＞Uref(Uref为基准电压，Uref=2.5v)时, TL431K、A之间电流（阴阳极之间电流）IKA增加，电阻R8两端电压增加，三极管Q1基极电位Vb1降低,三极管Q1进入截止状态，Ic1为0，电路停止充电。

当电路停止充电后，流过电阻XF1电流为0，电压降也为0。集成电路LM358第3脚输入电压为0，LM358中的A运放构成电压放大器，其第1脚输出为0，Q2处于截止状态，集成电路LM358第5脚输入电压为0，LM358中的B运放构成电压比较器，集成电路LM358第7脚输出低电平，发光二极管LED2处于截止状态（不发光），Q3处于截止状态，发光二极管LED1处于导通状态（发红光）。

作者简介：王永奇（1963—），男，布依族，贵州长顺人，本科，实验师，研究方向：移动通信。