宽带放大器

宽带放大器设计报告

摘要：本系统由四大模块组成，分别为放大模块、电源模块、峰值检波和测量显示模块组成。放大模块采用三级放大，在前级放大电路中，采用指定的高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，输出经第二级放大器OPA690放大后，后级放大采用指定的低失真电流反馈放大器THS3091D放大达到最大峰峰值大于10V的输出。电源模块采用DC-DC转换芯片TPS61089得到正负12V电源（利用外部充电泵原理）和MC34063得到的正负5V电源，34063得到的正负5V给前两级放大电路供电，TPS61089DRCT得到的正负12V经稳压得到正负9V给后级放大器THS3091D供电。峰值检波采用数字检波电路。测量模块采用TI公司低功耗单片机MSP430F149，利用单片机内部AD对检波后输出采样，经单片机处理后送至LCD显示。

关键词：宽带放大器，DC-DC转换,充电泵，峰值检波

一．方案论证与比较

1.1 放大器方案选择

前级放大器和后级放大器分别为指定的TI公司的OPA820ID和THS3091D，但仅由这两级放大不能满足题目要求。因此，需加入中间级放大电路。方案论证如下：

方案一：采用LM358放大器组成的放大电路。LM358是一般的运算放大器，对电源的要求较高，功耗较大。它的放大精度不是很高，受环境因素影响变化大，而且对输入的小信号放大，纹波和噪声都比较大。另外，LM358的增益带宽积较小，不能满足要求。

方案二：采用OPA690放大器组成的放大电路。OPA690是TI公司的的一款高性能电压反馈运算放大器。它具有较高的放大精度和较大的带宽，受环境影响较小,符合题目要求。

综上所述：我们选择方案二。

1.2 电源方案选择

题目中提供给我们的电源只有 +5V, 但为了更好的达到题目的要求，我们采用双电源供电,所以，应该将提供的电源做DC-DC变换。前两级采用MC34063变换得到正负5V电源供电。THS3091电源选择方案如下：

方案一：使用TPS61087DRCT和变压器。5V电压经DC-DC升压变换后，输出电压经变压器变压后产生正负电源。该方案对变压器的要求较高，需要准确计算出线圈匝数比，比较复杂，且输出电压不是很稳定，故此方案不予采纳。

方案二：使用TPS61087DRCT外部充电泵生成辅助电压。使用外部充电泵是从升压转换器生成辅助电压轨的一种灵活易用的方法。这些电压轨理论上可以是任何电压，正负均可，并且可以为需要两个或更多电压的任何应用供电。该方案设计电路简单，容易实现，可以满足设计要求。

综上所述：我们选择方案二。

二．电路设计与参数计算

2.1 电路整体设计框图

2.2 模块电路设计及参数计算 2.2.1放大电路设计

题目要求放大增益>=40db ，即增益Gain>=100。放大器的通频带是0~10MHz ，所以本放大器的增益带宽积为：GBP=100*10M=1G 。前级放大器OPA820ID 和末及放大器THS3091D 均有较高带宽,中间级放大器OPA690带宽为220M ，足以满足要求。

我们设计电路的各级放大倍数为：前级放大2倍，第二级放大12.5倍，末级放大5倍；该放大器的放大倍数G=2*12.5*5=125,增益带宽积为1.25G ，满足要求。放大模块电路图如下：

前级放大电路

中间级放大电

末级放大电路

MC34063产生正负5V 电源

TPS61087产生正负12V

电源经稳压得到正负9V 电源

5V 电源

MSP430

峰值检波

LCD 显示

滤波电路

滤波电路

图1 三级运算放大电路

2.2.2 电源电路设计

题目中提供的一个+5V的单电源，但我们的运放全部采用双电源供电，因此需做DC-DC变换。

利用TI公司DC-DC转换芯片TPS61087DRCT,将+5V的电源升至12V，再使用TPS61087DRCT外部负充电泵将+12V的电压生成-12V的辅助电压，正负12V为减少开关电

源纹波分别利用7809和7909稳压后得到正负9V给THS3091提供电源。电路图如下：

图2TPS61087DRCT产生正负9V电源，给末级运放THS3091供电

计算电路元件参数：要求输入电压V IN=5V, 输出电压V out=15V，Iout_max=500mA

查手册可知 R16= Vref / 70uA =18K; R12=R16*( Vout/Vref -1）=200K 通过改变R16的大小可以改变输出电压。

由于利用TPS61087升压、稳压后得到正负9V 电源的电流不是很大，无法给三级运放

同时供电，并且正负9V电压高于前两块芯片的工作电压，故不能给其供电。因此，还需

另外制作电源给前两块芯片供电。在此，我们采用MC34063电压反转电路，将提供的正

5V电源转换为负5V,利用正负5V电源给OPA820ID和OPA690供电。电路图如下：

图3 MC34063将正5V转换成负5V,,利用正负5V电源给OPA820ID和OPA690供电

2.2.3 峰值检波和测量显示电路设计

电路图如下：

放大器输出信号送到上图检波电路，然后通过单片机内部AD 对检波输出输出采样，采样回的数据经单片机处理后送到LCD 进行显示。 2.24降低放大器输出噪声电路设计

该系统放大器的电源全部由开关电源提供，电源开关噪声比较大，另外由于外界电磁等干扰使得输出噪声大。为了降低输出噪声，我们采用电源去耦、利用EMI 去电磁干扰、设计滤波器滤波等一系列措施，取得了比较好的效果。 2.3软件设计

N Y

三、测试数据与结果分析

四、3.1 测试仪器

测试使用的仪器设备如表所示

序

号 仪器名称型号、规格 主要技术指标 数量 1 模拟示波器UT2062C 50MHz

1 2 函数发生器CA1642 2M Hz 1 3 数字万用表 4位

1

3.2 测试数据表

单位mV

1 2 3 4 5 6 输入电压 输出电压峰峰值

输出电压有效值

开始

单片机内部AD 采样

32次?

数据转换处理 LCD 显示