寬帶放大器的設(shè)計(jì)與仿真

摘要：采用TI公司的高速運(yùn)放OPA820ID作為一級(jí)放大電路，THS3091D作為末級(jí)放大電路，在輸出負(fù)載50 Ω上實(shí)現(xiàn)電壓增益≥40 dB，通頻帶寬為10 Hz～10 MHz，并利用MSP430單片機(jī)控制1602液晶顯示輸出電壓峰峰值和有效值，以及模擬電子技術(shù)和單片機(jī)信號(hào)采集處理完成了增益控制和輸出顯示。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、性能穩(wěn)定，可應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)等教學(xué)場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞；放大器增益；峰值檢測(cè)；MSP430單片機(jī)；液晶顯示

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)5 V單電源供電的寬帶放大器基本功能。核心部分采用高速運(yùn)算放大器OPA820ID作為一級(jí)放大電路，THS3091D作為末級(jí)放大電路，利用DC-DC交換器TPS61087DRC為末級(jí)放大電路供電，在輸出負(fù)載50 Ω上實(shí)現(xiàn)電壓增益等于40 dB。該放大器通頻帶范圍10 Hz～10 MHz，系統(tǒng)最終可利用示波器測(cè)量輸出電壓的峰峰值和有效值，并利用MSP430單片機(jī)控制1602液晶顯示輸出數(shù)據(jù)的功能。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且綜合應(yīng)用了電容去耦、濾波等抗干擾措施以減少放大器噪聲并抑制高頻自激。經(jīng)驗(yàn)證，本方案完成了設(shè)計(jì)要求和部分?jǐn)U展功能。

1 方案論證與系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 方案論證
直接使用集成高電壓輸出運(yùn)放OPA820，放大器通頻帶從20 Hz～10 MHz，并能驅(qū)動(dòng)50 Ω的負(fù)載，單純用音頻放大的方法來完成功率輸出。同時(shí)要做到在輸出負(fù)載上放大器最大不失真輸出電壓峰峰值≥10 V的難度較大，故采用DC-DC變換器TPS61087DRC為末級(jí)THS3091放大電路供電，最終設(shè)計(jì)這款高速寬帶放大器。本方案簡(jiǎn)單易行，由于采用單芯片，所以系統(tǒng)體積較小。
1．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
利用模擬電子技術(shù)和單片機(jī)信號(hào)采集處理技術(shù)，最終完成增益控制及輸出顯示。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 模擬電路設(shè)計(jì)
利用TI公司的模擬仿真軟件Tina，設(shè)計(jì)出5 V和15 V電源電路和三級(jí)放大電路，并利用峰值檢測(cè)電路的輸出經(jīng)單片機(jī)采樣處理后液晶顯示。Tina仿真軟件模擬出上述電路40 dB時(shí)的通頻帶范圍為10 Hz～10 MHz。圖2所示為三級(jí)放大電路的通頻帶圖。