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(shí)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(shù)和單片機信號采集處理完成了增益控制和輸出顯示。整個(gè)系統結構合理、設計簡(jiǎn)潔、性能穩定，可應用于課程設計、實(shí)訓等教學(xué)場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞；放大器增益；峰值檢測；MSP430單片機；液晶顯示

本設計實(shí)現了一個(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(shí)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(gè)系統結構簡(jiǎn)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(jīng)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(dòng)50 Ω的負載，單純用音頻放大的方法來(lái)完成功率輸出。同時(shí)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(jiǎn)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(shù)和單片機信號采集處理技術(shù)，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(jīng)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(shí)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。