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今天与同事一起工作，讨论一个磁环电流采集电路，各自都有不同的意见，下面我就奖这个分享出来，和大家一起讨论。

原谅我不能将完整的电路截图上来，我只能说后面是接的运放，差分运放，等会我会上传一些在网上找的，贴上来。

先来分析一下一些安例。

案例

：

基于集成运放设计一传感器信号采集电路。

传感器输出信号：±50mV，频率为100Hz以内。

模数转换器（ADC）要求：允许输入电压在0~5V，输入电阻为1KΩ（设计电路时可用1KΩ电阻作为信号采集电路负载，代替ADC）。

设计目标：设计传感器与ADC之间的信号采集电路，实现传感器信号放大10倍，并适配ADC的输入。

基于集成运放设计一传感器信号采集电路。传感器输出信号在±50mV，频率为100Hz以内，模数转换器允许输入电压在0~5V，

要求设计传感器与模数转换器之间的信号采集电路，实现传感器信号放大10倍，并适合模数转换器的输入。

模数转换器的输入电阻为1KHz，设计电路时，可使用1KHz电阻作为信号采集电路负载，代替模数转换器。

结合所设计的电路图说明该电路的工作原理。（给出该电路输出电压与输入电压的表达式，说明输出是否满足设计要求） 

基于集成运放设计一传感器信号采集电路，具体要求如下：

传感器输出信号：±50mV，频率为100Hz以内。

模数转换器（ADC）要求：允许输入电压在0~5V，输入电阻为1KΩ（设计电路时可用1KΩ电阻作为信号采集电路负载，代替ADC）。

设计目标：设计传感器与ADC之间的信号采集电路，实现传感器信号放大10倍，并适配ADC的输入。

实验具体要求及实现

电路形式确定及电压转换原理：

电路前半部分为电压抬升电路，输入Vin1 = ±50mV，Vin2 = 50mV，抬升后的输入Ui = 0—100mV。

后半部分为同相比例运算放大电路，输出Uo = (1+Rf/R4) Ui = (1+9)Ui = 10Ui，因此最后输出Uo范围为0—1V，满足ADC输入要求。

电路仿真结果概述：

由Multisim电路仿真验证，电压抬升效果良好，电路功能正常。

集成运放选型依据：

选择的集成运放：NE5532。

选型理由：NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号带宽。

关键指标：小信号带宽达到10MHz，功率带宽为140KHz，电源电压范围大。

满足带宽要求的依据：本实验中传感器信号频率最高为100Hz，远低于NE5532的功率带宽140KHz，因此NE5532运放能够轻松满足带宽要求。

电路输出信号与输入信号波形分析：

仿真条件：当输入信号幅度为50mV，频率为100Hz时。

波形获取：使用示波器进行波形截图，示波器屏幕中带有输出信号最大值、最小值和频率值的显示。

波形分析：

输入信号：幅度为50mV，频率为100Hz。

输出信号：最大值接近1V（由于电路放大10倍，50mV*10=500mV理论值，考虑到实际电路及示波器精度，显示值接近理论计算值上限1V范围内），最小值接近0V，频率与输入信号相同，为100Hz。

波形截图说明：（此处应插入示波器波形截图，显示输入输出信号波形及最大值、最小值、频率值）

电路是一个结合了电压抬升和同相比例放大的传感器信号采集电路，主要由乘法器（或可视为信号调理模块，图中ZMPT107通常为电压互感器相关，此处可能作信号比例调整等类似功能）和运算放大器两部分构成，以下是其工作原理分析：

电压抬升部分

输入信号：电路左侧的“SIN”端口输入的是传感器信号，幅度为±50mV，频率在100Hz以内。

电阻R1与模块作用：输入信号经过15K的电阻R1连接到模块ZMPT107的“IN1”引脚，“IN2”引脚可能接地或接特定参考电位（图中未明确复杂连接，可简化理解）。ZMPT107模块在这里可能起到对输入信号进行初步处理或比例调整的作用，但结合后续输出“OUT1”和“OUT2”来看，在本电路中核心作用是与外部电路配合实现电压抬升。通过模块内部电路或与外部连接关系，使得原本以0电位为中心、幅度±50mV的交流信号，抬升为以一定直流电位为基础、幅度范围变为0 - 100mV的信号，从“OUT1”和“OUT2”（图中仅使用“OUT1”相关路径，可能“OUT2”有其他用途或备用）输出抬升后的信号“Ui”。

同相比例放大部分

运算放大器配置：采用运算放大器OP07构成同相比例放大电路。抬升后的信号“Ui”连接到运算放大器的同相输入端（引脚3）。

反馈电阻与增益计算：反馈电阻“Rf”（图中通过电位器“RO”实现，标称值2.5K ，可调节）和电阻“R4”（图中未明确画出，但从增益公式反推，假设其值为固定值使得增益为10，根据公式A=1+ R4Rf ，当A=10时，若Rf为2.5K ，则R4约为0.28K ，实际可能是固定电阻组合等）构成反馈网络。根据同相比例运算放大电路的增益公式，输出信号“Uo”与输入信号“Ui”的关系为Uo=(1+ R4Rf )Ui，本电路设计增益为10，即Uo=10Ui。输出信号范围：由于抬升后的“Ui”范围是0 - 100mV，经过放大10倍后，输出信号“Uo”的范围变为0 - 1V，满足了后续模数转换器（ADC）允许输入电压在0 - 5V的要求（1V在0 - 5V范围内）。

整体功能

该电路首先对传感器输出的±50mV、100Hz以内的交流信号进行电压抬升，将其转换为单极性信号，然后通过同相比例放大电路对该信号进行10倍放大，最终输出0 - 1V的信号，以便与后续的模数转换器等电路进行良好的匹配和连接，实现传感器信号的有效采集和处理。

工作原理

信号感应与初步转换：电压互感器ZMPT101B用于感应外部电压信号，并将其按一定变比转换为较小的交流电压信号。其初级侧连接到被测电压（图中未明确画出被测电压连接，但通常初级侧接高压或大信号侧），次级侧输出与被测电压成比例的低电压交流信号。

偏置与滤波：次级输出的交流信号通过由电阻100Ω等和电容（1μF）组成的电路。这里的电阻和电容组合可能起到限流、分压以及简单滤波的作用，同时通过与电源VCC连接的方式为交流信号添加直流偏置，将交流信号抬升为单极性信号，以便后续运算放大器处理。

信号放大：使用LM358运算放大器构成放大电路。前级运放可能主要起缓冲和初步放大作用，通过反馈电阻（如100kΩ等）和输入电阻（如10kΩ等）设置放大倍数，对添加偏置后的信号进行放大。后级运放进一步对信号进行放大和处理，通过调整反馈网络中的电阻值0kΩ、100kΩ等）来精确控制放大倍数，使输出信号达到所需的幅度范围。

输出滤波：在最后一级运放的输出端，通常会连接电容1nF等进行滤波，去除高频噪声，使输出信号更加平滑稳定，最终从“Out”端口输出处理后的信号。

特点

信号适配：能够将传感器（通过电压互感器体现）输出的信号进行转换和放大，使其适配后续电路（如模数转换器等）的输入要求，例如将小信号放大到合适的幅度范围。

抗干扰能力：电路中多处使用电容进行滤波，可以有效抑制高频噪声干扰，提高信号的质量和稳定性，减少外界电磁干扰对信号的影响。

稳定性较好：运算放大器LM358具有较好的稳定性和线性度，能够保证信号在放大过程中不失真，提供较为准确的放大效果。

成本较低：所使用的元件如LM358运算放大器和常见的电阻、电容等都是较为廉价且易获取的电子元件，整体电路成本较低，适合在对成本敏感的应用中使用。

互感器部分

        在使用该现成模块时遇到的第一个问题就是，其基本上测量不出低交流电压的值（如有效值为24v的交流电）或是测量效果很差。这是因为zmpt101b工作原理是一次侧感应到电压信号，用电压/电流转换电阻将其转换为电流信号，二次侧输出信号为电流信号。

        即相当于一个1：1的变压器，在原理图中原边电阻为820k，所以低电压加在上面会使得电流信号很小，即使通过调节变阻器也无济于事。所以我们需要根据我们自身的情况将820k的电阻更换。

运放部分（第一级运放）

        通过电压互感器对电压的处理，我们可以在100Ω的采样电阻R1上得到一个交流电压

        根据运放的使用方法，详情可以阅读这篇文章逆变器（一）——过电压保护电路_zmpt101b数据手册-CSDN博客

        该运放作为同相放大电路，通过一个隔直电容C1，然后将R2上的电压放大10倍（因为放大倍数=R3/R2=10）即可得到输出

        该仿真第一级运放输出电压为：（其Vpp=0.95）

满足计算结果。

电位器部分

        在分析该原理图时，我们很容易犯一个错误就是简单的认为第二级的运放输入电压就是按第一级运放输出电压 通过电位器分压而得。但实际上并不是。（如果大家不太懂可以先试一下）

        这是因为电位器部分电路在原理图中应该是这样其作用的，把前后电路都等效为电源。其电路图如下：

电压决定因素

V2 电压由 50k 电阻和并联了电容电阻的 50k 电路决定。

R7 电压分析

元件对应：10k 电阻（即仿真图中的 R7）为后级运放待放大电压所在处。

交流分析：因 C3 隔直，分析 R7 电压时仅考虑交流电压。此时上方电阻为 50k，下方为 50k 与 10k 并联（阻值 8.3k）。

电压特性：R7 电压并非简单电位器分压，而是电位器下方电阻与 R7 并联后的分压，其 Vpp = 0.13，满足上述分压条件。

看到这里，对这个电路还是有了一定的了解，但是问题是还没有解决，下面上传一下我测试的波形。

调整后的参数

未调整参数的波形

这个波形明显不太行，有很多的干扰和杂活，调整参数的明显要好后多。

那么问题来了，加了运放，与实际测试的明显差别大，为什么还要增加整流桥，而且怎么解决这些采集加来的参数，功率开的越大，干扰越大。