寬帶放大器的設計與仿真

摘要：采用TI公司的高速運放OPA820ID作為一級放大電路，THS3091D作為末級放大電路，在輸出負載50 Ω上實現電壓增益≥40 dB，通頻帶寬為10 Hz～10 MHz，并利用MSP430單片機控制1602液晶顯示輸出電壓峰峰值和有效值，以及模擬電子技術和單片機信號采集處理完成了增益控制和輸出顯示。整個系統結構合理、設計簡潔、性能穩定，可應用于課程設計、實訓等教學場合。
關鍵詞；放大器增益；峰值檢測；MSP430單片機；液晶顯示

本設計實現了一個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算放大器OPA820ID作為一級放大電路，THS3091D作為末級放大電路，利用DC-DC交換器TPS61087DRC為末級放大電路供電，在輸出負載50 Ω上實現電壓增益等于40 dB。該放大器通頻帶范圍10 Hz～10 MHz，系統最終可利用示波器測量輸出電壓的峰峰值和有效值，并利用MSP430單片機控制1602液晶顯示輸出數據的功能。整個系統結構簡單，而且綜合應用了電容去耦、濾波等抗干擾措施以減少放大器噪聲并抑制高頻自激。經驗證，本方案完成了設計要求和部分擴展功能。

1 方案論證與系統設計
1．1 方案論證
直接使用集成高電壓輸出運放OPA820，放大器通頻帶從20 Hz～10 MHz，并能驅動50 Ω的負載，單純用音頻放大的方法來完成功率輸出。同時要做到在輸出負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THS3091放大電路供電，最終設計這款高速寬帶放大器。本方案簡單易行，由于采用單芯片，所以系統體積較小。
1．2 系統設計
利用模擬電子技術和單片機信號采集處理技術，最終完成增益控制及輸出顯示。系統框圖如圖1所示。

2 模擬電路設計
利用TI公司的模擬仿真軟件Tina，設計出5 V和15 V電源電路和三級放大電路，并利用峰值檢測電路的輸出經單片機采樣處理后液晶顯示。Tina仿真軟件模擬出上述電路40 dB時的通頻帶范圍為10 Hz～10 MHz。圖2所示為三級放大電路的通頻帶圖。