當(dāng)我們利用單片機(jī)ADC采樣功能，采集電流電壓信號(hào)時(shí)，單片機(jī)的IO口輸入電壓范圍是0~3.3V，所以為了保證安全，需要把測(cè)量電壓保持在這個(gè)范圍之內(nèi)。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：

采集電流范圍：0~1A

采集電壓范圍：0~15V

計(jì)算運(yùn)放電路的放大倍數(shù)之前，需要先明確幾個(gè)模電的概念-------虛短、虛斷。

虛短：運(yùn)放的兩個(gè)輸入端視為同等電位。
虛斷：因?yàn)榱魅脒\(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA，所以輸入端可以視為等效開路。

一、電流采樣電路（低端采集）：

電路設(shè)計(jì)：

高端檢測(cè)：采樣電阻靠近電源正端

優(yōu)點(diǎn)：1、可以檢測(cè)負(fù)載是否短路 2、無地電平干擾

缺點(diǎn)：1、共模電壓高，使用非專用分立器件設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本高、面積大。

低端檢測(cè)：采樣電阻靠近電源負(fù)端

優(yōu)點(diǎn)：1、共模電壓低，可以使用低成本的普通運(yùn)算放大器。

缺點(diǎn)：1、檢測(cè)電流引入地平干擾，電流越大地電位干擾越明顯，有時(shí)甚至?xí)绊懾?fù)載。

電路分析：

利用差分放大電路，預(yù)設(shè)采集1A電流，通過0.01Ω采樣電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，設(shè)計(jì)放大150倍，滿偏電流對(duì)應(yīng)1.5V電壓，正向輸入端添加1.65V直流電壓偏置，使得輸出滿偏電壓為3.15V

電路計(jì)算：

假設(shè)集成運(yùn)放為理想運(yùn)放，由虛短,虛斷可知

Vout = Vin / ( R6 + R8 ) * R8 * ( R2 / R5 ) + 1.65V

ADC計(jì)算：

V ={ [ ( Vout / 4096) * 3.3 ] - 1.65V } / R8 * ( R6 + R8 )

二、電壓采集電路：

電路設(shè)計(jì)：

電路分析：

利用電壓跟隨器，通過R6,R7分壓電阻，將0~15V電壓映射到0~3.3V，通過單片機(jī)ADC采集，計(jì)算出實(shí)際電壓值。

電路計(jì)算:

Vout = Vin / (R6 + R7) * R7

ADC計(jì)算：

V = [(Vout / 4096) * 3.3] / R7 * (R6 + R7)

三、運(yùn)放參數(shù)分析：

1、輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓的測(cè)試方法是將運(yùn)放的兩個(gè)輸入端接地，測(cè)輸出電壓，理想運(yùn)放此時(shí)輸出應(yīng)該是0V，但由于制造工藝問題會(huì)造成兩個(gè)輸入端不對(duì)稱。將此時(shí)的輸出電壓除以運(yùn)放的增益倍數(shù)就是失調(diào)電壓

2、輸入失調(diào)電壓的溫漂：在一定溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓的變化與溫度變化的比值。作為失調(diào)電壓的補(bǔ)充，便于計(jì)算放大電路由于溫度變化造成的輸入失調(diào)電壓漂移大小。

3、輸入偏置電流：當(dāng)運(yùn)放輸入的直流電壓為0時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端流進(jìn)或流出的平均值。這個(gè)參數(shù)越大對(duì)原信號(hào)的影響越大。

4、輸入失調(diào)電流：兩個(gè)輸入端偏置電流的插值，反應(yīng)運(yùn)放內(nèi)部的對(duì)稱性，對(duì)稱性越好輸入失調(diào)電流越小。

5、共模電壓輸入范圍：運(yùn)放兩端與地能加的共模電壓的范圍，軌到軌輸出指輸入共模電壓范圍十分接近電源軌。

6、輸入動(dòng)態(tài)范圍：即輸出電壓范圍，所謂軌到軌輸出，指輸出的Voh,Vol十分接近正負(fù)供電電源(電源軌)

7、輸出電流特性/短路電流限制：即運(yùn)放的帶載能力，一般會(huì)給出輸出電流特性電流大小(灌電流或源電流)，也有給出短路時(shí)的極限電流。

8、壓擺率：即轉(zhuǎn)換速率，運(yùn)放在閉環(huán)條件下，將一個(gè)大信號(hào)(階躍信號(hào))加到運(yùn)放輸入端，從運(yùn)放輸出端測(cè)得的輸出電壓上升速率。由于在轉(zhuǎn)換期間，運(yùn)放輸入極處于開關(guān)狀態(tài)，所以運(yùn)放的反饋回路不起作用，也就是轉(zhuǎn)換速率與閉環(huán)增益無關(guān)。壓擺率越大，對(duì)應(yīng)的帶寬也越高。

9、增益帶寬積 GBP：定義為運(yùn)放的閉環(huán)增益為1的條件下，將一個(gè)恒幅正弦小信號(hào)輸入到運(yùn)放的輸入端，從運(yùn)放的輸出端測(cè)得閉環(huán)電壓增益下降3db(相當(dāng)于輸入信號(hào)減小到0.707倍)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。即LMC6482放大1倍電壓時(shí)輸入信號(hào)超過1.5MHz，電壓增益就會(huì)急速下降，實(shí)際應(yīng)用中輸入信號(hào)的頻率要小于增益帶寬積，并且單極放大的增益不能太大，否則輸入頻率也要大打折扣。

10、運(yùn)放參數(shù)分析：運(yùn)放工作于線性區(qū)時(shí)，差模增益與共模增益的比值。在運(yùn)放輸入兩端加相同信號(hào)時(shí)，輸入輸出間的增益稱為共模電壓增益AVC,則CMRR = AV/AVC值越大抑制共模干擾的能力越強(qiáng)，越大越好。

四、實(shí)際電路測(cè)試：

1、電壓采集：

（1）LM358運(yùn)放：

2、電流采集：

（1）OPA2188運(yùn)放：

（2）LM358運(yùn)放：

（3）GS8552運(yùn)放：

（Multisim中無GS8552系列運(yùn)放）

以上誤差范圍為 2% ~ 8%之間，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍為之內(nèi)，電路設(shè)計(jì)合理。