仪表放大器的设计与制作

电子线路CAD与电子工艺实训报告

第七组

仪表放大器的设计与制作

班级：电本0501

学号：0532110661

姓名：王德权

序号：16

指导教师：姜李张娟

2008年 1 月 16日

一．实训目的：

1掌握仪表放大器的结构原理：

2 熟练应用Protel99se设计电路原理图；并生成电路板图；

3 熟练掌握印制电路板的生成，了解如何刻板；

4 掌握基本焊接技术。

二．实训工具：

Protel99se

CircuitCAM

电烙铁

万用表

模拟电子试验箱（含有+12V电源，+0V---+0.5V电源）

其他必要检测设备

三．仪表放大器原理：

本仪器放大器是由三个OP27集成运算放大器组成，OP27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的电路形式，因此具有很高的输入电阻。由于电路的结构对称，他们的漂移和失调都具有互相抵消的作用。后一个运算放大器组成差分放大器，将差分输入转换为单端输出。电容C用于除抖动和抗干扰。

工作原理：

由于v—→v+，因而加在R7两端的电压为(vI1—vI2)，相应通过R7的电流i7＝(vI1-vI2)／R7，由于i→0，因而vo1＝i7R1+vI1，vo2＝i7R2+vI2，当，R1＝R2＝R时，vo1-vo2＝(1+2R／R7)(vI1-vI2)对U2而言，vo1加在反相输入端，vo2加在同相输入端，利用叠加原理的输出电压。vo＝—(R5／R3)vo1+R6／(R4+R6)vo2(1+R5／R3)由于R3＝R4，R5＝R6因而

vo＝—(R5／R3)(vo1-vo2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）(vI1-vI2)

仪器放大器的差值电压增益：Avf＝vo／(vI1-vI2)＝—(R5／R3)（1+2R／R7）上式表明，改变R7可设定不同的Avf值。

仪器放大器的共模抑制比主要取决于第—级集成运放U1和U3的对称性和各电阻值的匹配精度。如果U1和U3对称，且各电阻值的匹配误差为→±0．001％，则仪器放大器的共模抑制比可达到100dB以上。

由于采用了对称的同相放大器，因而仪器放大器两输入端具有相同的输入电阻，且其值可达到几百MΩ以上。利用仪表放大对他的特性进行了实际的测量和具体数据进行了记录最大放大倍数为Av=100。经计算，本设计中仪表放大器的电压放大倍数A U=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R4,R5,R6,R7四个电阻要精密且匹配，否则将给放大器带来误差，而其将降低电路的共模抑制比。

四．实训步骤：

（一）在Protel99se环境中绘制原理图、印制板图，生成CAM文件

1 、绘制电路原理图：

进入Protel99se SCH界面，绘制电路原理图，绘制原理图过程中注意元件的封装和名称，还有元件的布局，力求美观，完成之后，经电气检查无误后即可生成网络表。

电路原理图如下

说明编号封装元件名称

电阻R1R2…R7R8 AXIAL0.3 RES2

集成运放U1 U2 U3 DIP-8 OP27A

电解电容C3 C4 RB.2/.4 CAPACITOR POL 瓷介电容C1 C2 RAD0.1 CAP

连接器J1 J2 SIP-2 CON2

[C1 RAD0.1 0.1uF] [C2 RAD0.1 0.1uF] [C3 RB.2/.4 47uF] [C4 RB.2/.4 47uF] [R1 AXIAL0.3 9K] [R2 AXIAL0.3 9K] [R3 AXIAL0.3 1K] [R4 AXIAL0.3 1K] [R5 AXIAL0.3 10K] [R6 AXIAL0.3 10K] [R7 AXIAL0.3 2K] [R8 AXIAL0.3 1M] [U1 DIP-8 OP27A] [U2 DIP-8 OP27A] [U3 DIP-8 OP27A]

(GND C1-2 C2-1 C3-2 C4-1 R6-2 ) (NetR1_2 R1-2 R3-1 U1-6)

(NetR2_2 R2-2 R4-1 U3-6)

(NetR3_2 R3-2 R5-1 U2-2)

(NetR4_2 R4-2 R6-1 U2-3)

(NetR5_2 R5-2 U2-6)

(NetR7_1 R2-1 R7-1 U3-2)

(NetR7_2 R1-1 R7-2 U1-2)

(NetR8_2 R8-1 R8-2 U1-3 U3-3) (NetU1_4 C2-2 C4-2 U1-4 U2-4 U3-4) (NetU1_7 C1-1 C3-1 U1-7 U2-7 U3-7 U4-3 )

(NetU4_1 U4-1 )

2、进入Protel 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，接着载入网络表（Desion-Load Nets），把所有的元件合理的分布到印制板图上，进行自动布线参数的设置（Desion-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计完毕，正确调用网络表即可执行自动布线指令（AutoRoute-All）。设计过程中注意线尽可能的直，尽量使布线简单，这样便于

电路板图如下图所示

3、由protel生成CAM所需文件

①在电路板设计环境下，生成所有所需文件

单击File菜单中的CAM Manager，显示“output wizard”对话框，单击next，下一步选择Gerber，next直至最后选择finish，默认生成一个gerber output1文件。

在空白处单击右键，下拉菜单中单击Insert NC Drill……，弹出NC Drill Setup对话框，单击OK，生成NC Drill文件。

在空白处单击右键，下拉菜单中单击Generate CAM Files，生成所需文件。

②导出所需文件

选择需要的文件导出，需要的文件：*.DRR（光圈表），*.GBL（底层），*.GKO （机械层），*.GTL（顶层），*.TXT（同文件名的txt文件，钻孔的坐标文件）。复制文件到根目录下，或在根目录下设置一个新的文件夹，以极简单的名字命名。（二）在CAM中将由Protel生成的文件处理成.LMD文件，生成印制板

1、导入文件

打开CircuitCAM，单击文件菜单中的导入，或直接单击快捷键（导入），

一般位置在左一。打开Import对话框，在对话框中找到需要导入的五个文件，全选后，单击打开，开始导入文件。

①*.DRR：第二个下拉菜单中选择Protel x drr Exc mil Inch23AbsLead.txt (NCDrill)，选对之后，最下方的显示框中，可显示出正确的光圈表。单击“导入Import”按钮。

②*.GBL ：Layer（第二个下拉菜单）选择BottomLayer。单击“导入Import”按钮。

③*.GKO ：Layer（第二个下拉菜单）选择BoardOutline。单击“导入Import”按钮。

④*.GTL ：Layer（第二个下拉菜单）选择TopLayer。单击“导入Import”按钮。

⑤*.TXT ：Layer（第二个下拉菜单）选择DrillPlated。单击“导入Import”