三、5V單電源供電的寬帶放大器的設(shè)計(jì)

　　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。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　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。

　　圖2 三級(jí)放大電路的通頻帶圖

　　2.1 放大電路

　　采用OPA820作為一級(jí)、二級(jí)放大電路，THS3091作為末級(jí)放大電路。三級(jí)放大倍數(shù)分別為5倍、5倍和4倍。其中末級(jí)電路通過兩個(gè)可調(diào)電阻來控制放大倍數(shù)和保證輸出信號(hào)的不失真。圖3所示為基于OPA820和THS3091芯片設(shè)計(jì)的三級(jí)放大電路。

　　圖3 基于OPA820和THS3091芯片設(shè)計(jì)的三級(jí)放大電路