仪表放大器设计和制作

本仪表放大器是由三个OA27P集成运算放大器组成，OA27P的特点是低噪声、高速、低输入失调电压和卓越的共模抑制比。仪表放大器电路连接成比例运算电路形式，其中前两个运放组成第一级，二者都接成同相输入形式，因此具有很高的输入电阻。由于电路的结构对称，它们的漂移和失调都有互相抵消的作用。后一个运放组成差分放大器，将差分输入转换为单端输出。经计算，本设计中仪表放大器的电压放大倍数Au=R5/R3(1+2R1/R2)=100，结果将在仿真中验证。

仪表放大器的结构特点：使仪表放大器成为一种高输入电阻，高共模抑制比，具有较低的失调电压，失调电流、噪声及飘移的放大器。在使用时，在图1中R4、R5、R6、R7四个电阻要精密且匹配，否则将给放大倍数带来误差，而且将降低电路的共模抑制比。

一、仪表放大器电路图

本设计采用Prote199se电路仿真软件，绘制电原理图后可自动生成印制线路板图.还可进行电路仿真。绘制电原理图时特别要注意选择各种元件的封装形式.这也是后序能否成功自动布线的关键之一。本设计中各元件的封装形式如下：电阻(AXIAL0.3)、电解电容(RB.2/.4)、瓷介电容(RAD0.1)、集成电路(DIP-8)、三端稳压块(TO-220)。

仪表放大器的电路图如图1。图中R8是原理图电气检查时附加的，实际制作时不用安装。



二、电原理图绘制与印制板图设计

1、进入Prote199se SCH界面，绘制电原理图； 经电气检查(Tool—ERC)， 无误后即可生成网络表(Design—Great Netlist)。

2、进入Prote199se PCB界面，绘制印制板图。先确定外围尺寸：长50mm、宽25mm。且要求外框接地又不能封闭如图2。接着载入网络表(Design—Load Nets)，把所有的元件合理地布到印制板图上。进行自动布线参数的设置(Options—Rules)。最基本的有三点：线宽、线距和层数。本设计采用单面板。参数设置完毕。即可执行自动布线命令(Auto Routs—All)。设计结果：图2为印制板图(比例：1:1)，图3为元件分布图(比例2:1)。





三仪表放大器电路原理仿真

1、仿真步骤如下：

(1)添加仿真库

(2)从仿真元件库中选取、放置所需的元件.连接好原理图.加上激励源，设置好参数.如图4。



注意：
①R8、C1、C2、C3、C4、U4、U5可不接；
② 把VCC设置成+15V.VEE设置成-15V；
③VCC、VEE 电源要单独画。

(3) 执 行Simulate—Setup命令，加入需要分析的信号input1、input2以及output，再执行Simulate—Run命令.即可看到所设置的仿真波形 图。例如图5、图6、图7。



2、仿真结果分析

(1)输出电压Voul=100(Vin1+Vin2)；
(2)当输入信号频率约为50kHz时.输出信号开始失真；
(3)本仪表放大器的低频响应很好，当输入信号频率为1Hz时，输出信号仍不失真。