5V單電源供電的寬帶放大器的設計與仿真

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。

圖1 系統框圖

　　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。

圖2 三級放大電路的通頻帶圖