本儀表放大器是由三個OA27P集成運算放大器組成，OA27P的特點是低噪聲、高速、低輸入失調電壓和卓越的共模抑制比。儀表放大器電路連接成比例運算電路形式，其中前兩個運放組成第一級，二者都接成同相輸入形式，因此具有很高的輸入電阻。由于電路的結構對稱，它們的漂移和失調都有互相抵消的作用。后一個運放組成差分放大器，將差分輸入轉換為單端輸出。經計算，本設計中儀表放大器的電壓放大倍數(shù)Au=R5/R3(1+2R1/R2)=100，結果將在仿真中驗證。

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

一、儀表放大器電路圖

本設計采用Prote199se電路仿真軟件，繪制電原理圖后可自動生成印制線路板圖.還可進行電路仿真。繪制電原理圖時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布線的關鍵之一。本設計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附加的，實際制作時不用安裝。



二、電原理圖繪制與印制板圖設計

1、進入Prote199se SCH界面，繪制電原理圖； 經電氣檢查(Tool—ERC)， 無誤后即可生成網絡表(Design—Great Netlist)。

2、進入Prote199se PCB界面，繪制印制板圖。先確定外圍尺寸：長50mm、寬25mm。且要求外框接地又不能封閉如圖2。接著載入網絡表(Design—Load Nets)，把所有的元件合理地布到印制板圖上。進行自動布線參數(shù)的設置(Options—Rules)。最基本的有三點：線寬、線距和層數(shù)。本設計采用單面板。參數(shù)設置完畢。即可執(zhí)行自動布線命令(Auto Routs—All)。設計結果：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

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



注意：
①R8、C1、C2、C3、C4、U4、U5可不接；
② 把VCC設置成+15V.VEE設置成-15V；
③VCC、VEE 電源要單獨畫。

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



2、仿真結果分析

(1)輸出電壓Voul=100(Vin1+Vin2)；
(2)當輸入信號頻率約為50kHz時.輸出信號開始失真；
(3)本儀表放大器的低頻響應很好，當輸入信號頻率為1Hz時，輸出信號仍不失真。