ماژول آمپلی فایر سیگنال LM358

کاربردها

• تقویت سیگنال خروجی سنسورها

• تقویت سیگنال سنسورهای فشار

• تقویت سیگنال سنسورهای پیزوالکتریک

• تقویت سیگنال‌های ضعیف ولتاژی

• آماده‌سازی سیگنال برای ورود به ADC

• مدارهای شرطی‌سازی و پردازش سیگنال

• پروژه‌های آردوینو و میکروکنترلری

• پروژه‌های رباتیک و اتوماسیون

• مدارهای اندازه‌گیری و آزمایشگاهی

• پروژه‌های آموزشی الکترونیک

• تقویت سیگنال‌های آنالوگ ضعیف

• ساخت مدارهای پردازش سیگنال

• استفاده در پروژه‌های DIY و نمونه‌سازی سریع

راه‌اندازی (SETUP)

1. آشنایی با پایه های ماژول

قبل از هر کاری به نوشته های پشت برد نگاه کنید. ابتدا با دقت محل پایه های مازول را بررسی نمایید. برای درک بهتر پایه های ماژول حتما به تصاویر محصول مراجعه نمایید.

• V / VCC: تغذیه مثبت (به تعداد دو عدد برای راحتی در اتصالات تغذیه)

• G / GND: زمین یا منفی تغذیه (به تعداد سه عدد برای راحتی در اتصالات زمین)

• IN: ورودی سیگنال ضعیف

• O1: خروجی تقویت شده مرحله اول

• O2: خروجی تقویت شده مرحله دوم

2. اتصال منبع تغذیه

در نسخه رایج این ماژول، تغذیه در محدوده ولتاژ مجاز 3.5-24V DC در نظر گرفته شده است. پایه‌های تغذیه معمولاً با علامت‌های V / VCC و G / GND مشخص می‌شوند:

• پایه V / VCC: اتصال به مثبت منبع تغذیه

• پایه G / GND: اتصال به منفی منبع تغذیه

قطبیت های مثبت و منفی تغذیه را با دقت رعایت کنید و از اعمال ولتاژ خارج از محدوده نسخه برد خودداری کنید.

3. اتصال سیگنال ورودی

سیگنال موردنظر را به پایه IN یا ورودی مشخص‌شده روی برد متصل کنید و زمین منبع تغذیه و سیگنال را با G / GND ماژول مشترک کنید. بهتر است پیش از اتصال، ولتاژ سیگنال ورودی را بررسی کنید تا از ورود سیگنال بیش از محدوده قابل قبول مدار جلوگیری شود. محدوده مجاز سیگنال ضعیف ورودی IN و قابل قبول برای تراشه LM358 حداکثر 1.5V کمتراز مقدار ولتاژ تغذیه یا VCC است.

4. دریافت سیگنال تقویت‌شده

سیگنال تقویت‌شده از پایه های خروجی O1 (خروجی تقویت شده مرحله اول) و O2 (خروجی تقویت شده مرحله دوم) دریافت می‌شود. پایه خروجی O1 (خروجی تقویت شده مرحله اول) وابسته به مقدار پتانسیومتر و یا مولتی ترن 10K و حداکثر حدود 10 برابر میباشد و پایه خروجی O2 (خروجی تقویت شده مرحله دوم) وابسته به مقدار هردو پتانسیومتر و یا مولتی ترن 100K و 10K است و مقدار تقویت شده مرحله اول را حداکثر تا 100 برابر تقویت می کند. طبق مستندات مقدار ولتاژ خروجی نهایی پایه O2 از طریق فرمول زیر به دست می آید:

• خروجی ولتاژ نهایی:

ولتاژ خروجی نهایی = ولتاژ سیگنال ورودی × ضریب تقویت کل

• ضریب تقویت کل:

ضریب تقویت کل = ضریب تقویت مرحله اول × ضریب تقویت مرحله دوم

ماژول آمپلی فایر سیگنال LM358 به‌صورت پیش‌فرض با ضریب تقویت حدود ۱۰۰۰ برابر ارائه می‌شود. یعنی مقدار پتانسیومترها معمولاً به‌گونه‌ای است که حاصل تقویت دو مرحله با هم حدود ۱۰۰۰ برابر باشد؛ برای مثال، اگر ورودی ۱ میلی‌ولت باشد، خروجی ایده‌آل می‌تواند حدود ۱ ولت شود. در عمل، مقدار خروجی به ولتاژ تغذیه، دامنه سیگنال ورودی، بار خروجی و محدودیت اشباع LM358 نیز وابسته است.

این خروجی ها را می‌توان به ورودی ADC (مبدل آنالوگ به دیجیتال) میکروکنترلر، مدار اندازه‌گیری، مدار پردازش سیگنال یا مرحله بعدی مدار متصل کرد. از آنجا که خروجی LM358 برای تأمین جریان توان بارهای سنگین طراحی نشده است و محدودیت حداکثر 15-20mA جریان خروجی، این ماژول را نباید با ماژول آمپلی‌فایر توان برای راه‌اندازی مستقیم بلندگو اشتباه گرفت. مشخصات خروجی و جریان‌دهی LM358 به نسخه آی‌سی و شرایط کاری مدار وابسته است.

5. تنظیم میزان گین (Gain)

در نسخه‌های رایج ماژول LM358، دو عدد پتانسیومتر یا مولتی ترن روی برد برای تنظیم میزان تقویت قرار گرفته است. پس از روشن کردن مدار، پتانسیومترها را ابتدا روی مقدار تقویت پایین قرار داده و سپس به‌آرامی Gain را افزایش دهید. اگر Gain بیش از حد برای سیگنال ورودی و خارج از محدوده مجاز انتخاب شود، خروجی می‌تواند به محدوده تغذیه نزدیک شده و دچار اشباع، اعوجاج یا برش سیگنال شود.

• چرخاندن پتانسیومتر در جهت عقربه‌های ساعت (CW): کاهش میزان تقویت

• چرخاندن پتانسیومتر خلاف جهت عقربه‌های ساعت (CCW): افزایش میزان تقویت

نکات مهم هنگام استفاده از ماژول LM358

• گین(Gain) را متناسب با سیگنال ورودی تنظیم کنید :

یکی از مهم‌ترین نکات استفاده از ماژول تقویت سیگنال LM358، انتخاب Gain مناسب است. اگر سیگنال ورودی بسیار کوچک باشد، افزایش Gain می‌تواند برای رسیدن به دامنه مناسب مفید باشد؛ اما Gain بیش از نیاز می‌تواند باعث اشباع خروجی و افزایش نویز شود. محدوده مجاز سیگنال ضعیف ورودی IN و قابل قبول برای تراشه LM358 حداکثر 1.5V کمتراز مقدار ولتاژ تغذیه یا VCC است.

اگر از نظر تئوری سیگنال ورودی در Gain برابر 1000 قرار گیرد، خروجی نمی‌تواند بدون محدودیت افزایش پیدا کند. خروجی Op-Amp به ولتاژ تغذیه و محدوده خروجی مدار محدود است.

بنابراین برای مثال نمی‌توان انتظار داشت یک سیگنال 0.1V همیشه با Gain=100 به خروجی 100V تبدیل شود، مخصوصاً اگر ولتاژ تغذیه ماژول برای چنین خروجی‌ای کافی نباشد.

• زمین مشترک را رعایت کنید :

اگر سیگنال از یک سنسور، آردوینو، میکروکنترلر یا مدار خارجی وارد LM358 می‌شود، معمولاً باید GND منبع سیگنال و GND ماژول مشترک باشد تا مرجع ولتاژ یکسانی داشته باشند.

• از سیم‌کشی طولانی ورودی جلوگیری کنید :

سیگنال‌های ضعیف آنالوگ می‌توانند نسبت به نویز محیط حساس باشند. بهتر است سیم ورودی تا حد امکان کوتاه باشد و ماژول از منابع نویز و تجهیزات پرقدرت فاصله داشته باشد. برای سیگنال‌های بسیار ضعیف، استفاده از سیم مناسب، اتصال زمین صحیح و فیلترگذاری مناسب می‌تواند به کاهش نویز کمک کند.

• منبع تغذیه پایدار استفاده کنید :

تغذیه نامناسب یا پرنویز می‌تواند روی کیفیت سیگنال خروجی اثر بگذارد. برای کاربردهای اندازه‌گیری و سنجش، استفاده از منبع تغذیه پایدار اهمیت بیشتری دارد.

• ماژول را برای آمپلی‌فایر توان صوتی استفاده نکنید :

ماژول LM358 Signal Amplifier یک تقویت‌کننده سیگنال است، نه آمپلی‌فایر توان.

بنابراین اگر هدف شما راه‌اندازی مستقیم بلندگو و تولید صدای پرقدرت است، این برد گزینه مناسبی نیست. LM358 بیشتر برای پیش‌تقویت، پردازش و شرطی‌سازی سیگنال کاربرد دارد. برای مشاهده و تهیه انواع آمپلی فایر های صوتی می توانید به لینک زیر مراجعه نمایید :

مشاهده و تهیه انواع آمپلی فایر های صوتی

• قبل از اتصال به ADC، محدوده ولتاژ را بررسی کنید :

اگر خروجی ماژول را به ورودی آنالوگ آردوینو یا میکروکنترلر متصل می‌کنید، باید حداکثر ولتاژ قابل قبول ADC را در نظر بگیرید. با افزایش Gain، خروجی ممکن است بیشتر از محدوده ورودی ADC شود؛ بنابراین بهتر است ابتدا خروجی را با مولتی‌متر یا اسیلوسکوپ بررسی کرده و سپس آن را به ورودی میکروکنترلر متصل کنید.

• در Gain بالا نویز نیز بیشتر دیده می‌شود :

افزایش بهره فقط سیگنال مفید را تقویت نمی‌کند؛ نویز موجود در ورودی و محیط نیز می‌تواند بیشتر در خروجی دیده شود. بنابراین برای سیگنال‌های بسیار ضعیف، صرفاً افزایش Gain همیشه بهترین راه‌حل نیست و طراحی مناسب مسیر سیگنال و فیلترگذاری نیز اهمیت دارد.

مشخصات فنی

سوالات متداول