當我們利用單片機ADC采樣功能，采集電流電壓信號時，單片機的IO口輸入電壓范圍是0~3.3V，所以為了保證安全，需要把測量電壓保持在這個范圍之內。

設計目標：

采集電流范圍：0~1A

采集電壓范圍：0~15V

計算運放電路的放大倍數之前，需要先明確幾個模電的概念-------虛短、虛斷。

虛短：運放的兩個輸入端視為同等電位。
虛斷：因為流入運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）：

電路設計：

高端檢測：采樣電阻靠近電源正端

優點：1、可以檢測負載是否短路 2、無地電平干擾

缺點：1、共模電壓高，使用非專用分立器件設計復雜、成本高、面積大。

低端檢測：采樣電阻靠近電源負端

優點：1、共模電壓低，可以使用低成本的普通運算放大器。

缺點：1、檢測電流引入地平干擾，電流越大地電位干擾越明顯，有時甚至會影響負載。

電路分析：

利用差分放大電路，預設采集1A電流，通過0.01Ω采樣電阻，將電流信號轉化為對應的電壓信號，設計放大150倍，滿偏電流對應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

電路計算：

假設集成運放為理想運放，由虛短,虛斷可知

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

ADC計算：

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

二、電壓采集電路：

電路設計：

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ADC采集，計算出實際電壓值。

電路計算:

Vout = Vin / (R6 + R7) * R7

ADC計算：

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

三、運放參數分析：

1、輸入失調電壓：輸入失調電壓的測試方法是將運放的兩個輸入端接地，測輸出電壓，理想運放此時輸出應該是0V，但由于制造工藝問題會造成兩個輸入端不對稱。將此時的輸出電壓除以運放的增益倍數就是失調電壓

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

3、輸入偏置電流：當運放輸入的直流電壓為0時，運放兩個輸入端流進或流出的平均值。這個參數越大對原信號的影響越大。

4、輸入失調電流：兩個輸入端偏置電流的插值，反應運放內部的對稱性，對稱性越好輸入失調電流越小。

5、共模電壓輸入范圍：運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、輸入動態范圍：即輸出電壓范圍，所謂軌到軌輸出，指輸出的Voh,Vol十分接近正負供電電源(電源軌)

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

8、壓擺率：即轉換速率，運放在閉環條件下，將一個大信號(階躍信號)加到運放輸入端，從運放輸出端測得的輸出電壓上升速率。由于在轉換期間，運放輸入極處于開關狀態，所以運放的反饋回路不起作用，也就是轉換速率與閉環增益無關。壓擺率越大，對應的帶寬也越高。

9、增益帶寬積 GBP：定義為運放的閉環增益為1的條件下，將一個恒幅正弦小信號輸入到運放的輸入端，從運放的輸出端測得閉環電壓增益下降3db(相當于輸入信號減小到0.707倍)所對應的信號頻率。即LMC6482放大1倍電壓時輸入信號超過1.5MHz，電壓增益就會急速下降，實際應用中輸入信號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、運放參數分析：運放工作于線性區時，差模增益與共模增益的比值。在運放輸入兩端加相同信號時，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，越大越好。

四、實際電路測試：

1、電壓采集：

（1）LM358運放：

2、電流采集：

（1）OPA2188運放：

（2）LM358運放：

（3）GS8552運放：

（Multisim中無GS8552系列運放）

以上誤差范圍為 2% ~ 8%之間，在實驗誤差范圍為之內，電路設計合理。