儀表放大器設(shè)計(jì)和制作

本儀表放大器是由三個(gè)OA27P集成運(yùn)算放大器組成，OA27P的特點(diǎn)是低噪聲、高速、低輸入失調(diào)電壓和卓越的共模抑制比。儀表放大器電路連接成比例運(yùn)算電路形式，其中前兩個(gè)運(yùn)放組成第一級(jí)，二者都接成同相輸入形式，因此具有很高的輸入電阻。由于電路的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，它們的漂移和失調(diào)都有互相抵消的作用。后一個(gè)運(yùn)放組成差分放大器，將差分輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出。經(jīng)計(jì)算，本設(shè)計(jì)中儀表放大器的電壓放大倍數(shù)Au=R5/R3(1+2R1/R2)=100，結(jié)果將在仿真中驗(yàn)證。

儀表放大器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：使儀表放大器成為一種高輸入電阻，高共模抑制比，具有較低的失調(diào)電壓，失調(diào)電流、噪聲及飄移的放大器。在使用時(shí)，在圖1中R4、R5、R6、R7四個(gè)電阻要精密且匹配，否則將給放大倍數(shù)帶來(lái)誤差，而且將降低電路的共模抑制比。

一、儀表放大器電路圖

本設(shè)計(jì)采用Prote199se電路仿真軟件，繪制電原理圖后可自動(dòng)生成印制線(xiàn)路板圖.還可進(jìn)行電路仿真。繪制電原理圖時(shí)特別要注意選擇各種元件的封裝形式.這也是后序能否成功自動(dòng)布線(xiàn)的關(guān)鍵之一。本設(shè)計(jì)中各元件的封裝形式如下：電阻(AXIAL0.3)、電解電容(RB.2/.4)、瓷介電容(RAD0.1)、集成電路(DIP-8)、三端穩(wěn)壓塊(TO-220)。

儀表放大器的電路圖如圖1。圖中R8是原理圖電氣檢查時(shí)附加的，實(shí)際制作時(shí)不用安裝。



二、電原理圖繪制與印制板圖設(shè)計(jì)

1、進(jìn)入Prote199se SCH界面，繪制電原理圖； 經(jīng)電氣檢查(Tool—ERC)， 無(wú)誤后即可生成網(wǎng)絡(luò)表(Design—Great Netlist)。

2、進(jìn)入Prote199se PCB界面，繪制印制板圖。先確定外圍尺寸：長(zhǎng)50mm、寬25mm。且要求外框接地又不能封閉如圖2。接著載入網(wǎng)絡(luò)表(Design—Load Nets)，把所有的元件合理地布到印制板圖上。進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)參數(shù)的設(shè)置(Options—Rules)。最基本的有三點(diǎn)：線(xiàn)寬、線(xiàn)距和層數(shù)。本設(shè)計(jì)采用單面板。參數(shù)設(shè)置完畢。即可執(zhí)行自動(dòng)布線(xiàn)命令(Auto Routs—All)。設(shè)計(jì)結(jié)果：圖2為印制板圖(比例：1:1)，圖3為元件分布圖(比例2:1)。





三儀表放大器電路原理仿真

1、仿真步驟如下：

(1)添加仿真庫(kù)

(2)從仿真元件庫(kù)中選取、放置所需的元件.連接好原理圖.加上激勵(lì)源，設(shè)置好參數(shù).如圖4。



注意：
①R8、C1、C2、C3、C4、U4、U5可不接；
② 把VCC設(shè)置成+15V.VEE設(shè)置成-15V；
③VCC、VEE 電源要單獨(dú)畫(huà)。

(3) 執(zhí) 行Simulate—Setup命令，加入需要分析的信號(hào)input1、input2以及output，再執(zhí)行Simulate—Run命令.即可看到所設(shè)置的仿真波形 圖。例如圖5、圖6、圖7。



2、仿真結(jié)果分析

(1)輸出電壓Voul=100(Vin1+Vin2)；
(2)當(dāng)輸入信號(hào)頻率約為50kHz時(shí).輸出信號(hào)開(kāi)始失真；
(3)本儀表放大器的低頻響應(yīng)很好，當(dāng)輸入信號(hào)頻率為1Hz時(shí)，輸出信號(hào)仍不失真。