宽带放大器(2010年赛题)
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目录
一、方案设计............................................................................................................................ 4 1.1 方案设计与比较........................................................................................................... 4 1.1.1 电源部分的设计................................................................................................. 4 1.1.2 宽带放大器部分的设计.................................................................................... 4 1.1.3 功率输出部分的设计........................................................................................ 4 1.2 系统分析与理论计算................................................................................................... 4 1.2.1 放大器带宽增益积............................................................................................. 4 1.2.2 放大器稳定性理论分析..................................................................................... 5
方案二：根据题目对增益放大电路的要求，采用高速运算放大器 OPA820ID 作为第 一级放大电路，THS3091D 作为末级放大电路，利用 DC-DC 变换器 TPS61087DRC 为末 级放大电路供电。
方案二电路集成度高、调理较清晰、测试方便、易于数字化用单片机处理。 所以 本系统采用方案二。
1.1.3 功率输出部分的设计
4
GBP = 100*10M = 1G
假设放大电路的高频响应用下面的极点函数表示
A(jw）=Am/(1+jw/wH)
(1-1)
式中 Am 为放大器的中频增益，w 为角频率，wH 为上限 角频率。当引入负反馈并假设
反馈系数是与频率无关的实数 B 时，则有
Af(jw）=A(jw)/(1+BA(jw））
1.2 系统分析与理论计算
1.2.1 放大器带宽增益积
1) 带宽增益积(GBP)是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数表示增益 和宽带的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。
题目中要求放大器最大电压增益 Av>40dB,即 Gain>100V/V。 放大器的通频带 0～10MHz,所以本放大器的带宽增益积为
三、软件设计............................................................................................................................ 8 四、系统测试与数据分析........................................................................................................ 9
RMS filter circuit chip and display module. TI company adopts DC /DC module for special circuit design THS61087 provides ± 5V and ± 12V supply, in the former stage and secondary amplifier circuit, by using high-speed OPA820 amplifier amplification of the input signal, the end of the power amplifier circuit THS3091 composition can realize effective output. Finally, by MSP430F449 achieve output can display the RMS values and total output.
TI 杯江苏省电子设计竞赛论文
参赛题目： 队员姓名：
设计指导： 论文指导： 学校院系：
宽带放大器 徐 峰 二年级 姜宽宽 二年级 周锦明 一年级 徐瑞亚 徐小平 徐瑞亚 徐小平 南京信息职业技术学院电子信息学院
Hale Waihona Puke Baidu
1
功率放大器 摘要：本作品主要是由四个模块构成：电源、放大电路、有效值滤波电路及单片机显
4.1 测试仪器...................................................................................................................... 9 4.2 测试方法及测试结果.................................................................................................. 9 五、注意事项.......................................................................................................................... 10 六、总结与展望...................................................................................................................... 10 七、参考文献.......................................................................................................................... 10 八、附录...................................................................................................................................11
方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。但是设计、调试难度大， 周期很长，短时间内手工制作难以保证可靠性及指标。所以不采用此方案。
方案二：采用高速集成运放 THS3091，放大器通频带 0 到 210MHz，THS3091 是一 款高速宽带放大器，并提供 250mA 的电流输出，满足题目要求。本方案简单易行，系 统体积小，所以采用本方案。
This design USES the voltage gain devices , and reasonable level of impedance matching, join the power output level, increase the overall gain bandwidth and output voltage amplitude. And comprehensive application of capacitance decoupling filtering, shielded wire transmission anti-interference measures to reduce such high frequency amplifier noise and inhibition of self-excited. This scheme, the basic functions and completed all partial function expansion. Key words: Power amplifier gain bandwidth
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一、方案设计
1.1 方案设计与比较
1.1.1 电源部分的设计
方案一：单电源对宽带运算放大器供电。则需把集成运算两输入端电位抬高至电源 电压的一半，即 VCC/2 抬高后的电位相当于双电源供电时的“地”电位，因此输出端的 电位也将等于两输入端的静态电位，即 VCC/2.电路的稳定性较差且宽带放大器电压增益 很难达到 40dB.
本设计采用电压增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入末级功率输出，全面 提高了增益带宽和输出的电压幅度。而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输 信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。经验证，本方案完成了全部基 本功能和部分扩展功能。
关键词：功率放大 增益 带宽
Wideband Amplifier Abstract: This work is mainly composed of four modules: power, amplifying circuit and
示模块。采用 TI 公司的 DC/DC 专用模块 THS61087 为设计电路提供±5V 和±12V 的 电源，在前级及次级放大电路中，都通过使用高速运算放大器 OPA820 对输入信号进行 放大，末级由 THS3091 构成的功率放大电路可实现有效值输出。最后由 MSP430F449 实现输出显示，可显示输出的有效值及峰峰值。
方案二：以双电源作为宽带运算放大器电源。双电源可以以零点为中心正负输出， 用示波器方便测量，并且可以不加隔直电容使得电路变得简单。
方案二电路简单，测量方便性能较好。所以采用方案二。
1.1.2 宽带放大器部分的设计
方案一：采用场效应管或三级管实现增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三 极管等效为压控电阻）实现增益控制。本方案由于采用大量的分立元件，电路复杂，工 作点难以调整。
二、硬件电路设计.................................................................................................................... 6 2.1 系统框图...................................................................................................................... 6 2.1.1 系统电源............................................................................................................. 6 2.1.2 宽带放大器......................................................................................................... 7
(1-2)
将式（1-1）代入到（1-2）得
Af ( jω) = A m /(1 + A m B) 1 + jω /[(1 + A m B)w H ]
目录
一、方案设计............................................................................................................................ 4 1.1 方案设计与比较........................................................................................................... 4 1.1.1 电源部分的设计................................................................................................. 4 1.1.2 宽带放大器部分的设计.................................................................................... 4 1.1.3 功率输出部分的设计........................................................................................ 4 1.2 系统分析与理论计算................................................................................................... 4 1.2.1 放大器带宽增益积............................................................................................. 4 1.2.2 放大器稳定性理论分析..................................................................................... 5
方案二：根据题目对增益放大电路的要求，采用高速运算放大器 OPA820ID 作为第 一级放大电路，THS3091D 作为末级放大电路，利用 DC-DC 变换器 TPS61087DRC 为末 级放大电路供电。
方案二电路集成度高、调理较清晰、测试方便、易于数字化用单片机处理。 所以 本系统采用方案二。
1.1.3 功率输出部分的设计
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GBP = 100*10M = 1G
假设放大电路的高频响应用下面的极点函数表示
A(jw）=Am/(1+jw/wH)
(1-1)
式中 Am 为放大器的中频增益，w 为角频率，wH 为上限 角频率。当引入负反馈并假设
反馈系数是与频率无关的实数 B 时，则有
Af(jw）=A(jw)/(1+BA(jw））
1.2 系统分析与理论计算
1.2.1 放大器带宽增益积
1) 带宽增益积(GBP)是用来简单衡量放大器的性能的一个参数，这个参数表示增益 和宽带的乘积。按照放大器的定义，这个乘积是一定的。
题目中要求放大器最大电压增益 Av>40dB,即 Gain>100V/V。 放大器的通频带 0～10MHz,所以本放大器的带宽增益积为
三、软件设计............................................................................................................................ 8 四、系统测试与数据分析........................................................................................................ 9
RMS filter circuit chip and display module. TI company adopts DC /DC module for special circuit design THS61087 provides ± 5V and ± 12V supply, in the former stage and secondary amplifier circuit, by using high-speed OPA820 amplifier amplification of the input signal, the end of the power amplifier circuit THS3091 composition can realize effective output. Finally, by MSP430F449 achieve output can display the RMS values and total output.
TI 杯江苏省电子设计竞赛论文
参赛题目： 队员姓名：
设计指导： 论文指导： 学校院系：
宽带放大器 徐 峰 二年级 姜宽宽 二年级 周锦明 一年级 徐瑞亚 徐小平 徐瑞亚 徐小平 南京信息职业技术学院电子信息学院
Hale Waihona Puke Baidu
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功率放大器 摘要：本作品主要是由四个模块构成：电源、放大电路、有效值滤波电路及单片机显
4.1 测试仪器...................................................................................................................... 9 4.2 测试方法及测试结果.................................................................................................. 9 五、注意事项.......................................................................................................................... 10 六、总结与展望...................................................................................................................... 10 七、参考文献.......................................................................................................................... 10 八、附录...................................................................................................................................11
方案一：用分立元件，此方案元器件成本低，易于购置。但是设计、调试难度大， 周期很长，短时间内手工制作难以保证可靠性及指标。所以不采用此方案。
方案二：采用高速集成运放 THS3091，放大器通频带 0 到 210MHz，THS3091 是一 款高速宽带放大器，并提供 250mA 的电流输出，满足题目要求。本方案简单易行，系 统体积小，所以采用本方案。
This design USES the voltage gain devices , and reasonable level of impedance matching, join the power output level, increase the overall gain bandwidth and output voltage amplitude. And comprehensive application of capacitance decoupling filtering, shielded wire transmission anti-interference measures to reduce such high frequency amplifier noise and inhibition of self-excited. This scheme, the basic functions and completed all partial function expansion. Key words: Power amplifier gain bandwidth
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一、方案设计
1.1 方案设计与比较
1.1.1 电源部分的设计
方案一：单电源对宽带运算放大器供电。则需把集成运算两输入端电位抬高至电源 电压的一半，即 VCC/2 抬高后的电位相当于双电源供电时的“地”电位，因此输出端的 电位也将等于两输入端的静态电位，即 VCC/2.电路的稳定性较差且宽带放大器电压增益 很难达到 40dB.
本设计采用电压增益器件，进行合理的级联和阻抗匹配，加入末级功率输出，全面 提高了增益带宽和输出的电压幅度。而且综合应用了电容去耦、滤波、使用屏蔽线传输 信号等抗干扰措施以减少放大器的噪声并抑制高频自激。经验证，本方案完成了全部基 本功能和部分扩展功能。
关键词：功率放大 增益 带宽
Wideband Amplifier Abstract: This work is mainly composed of four modules: power, amplifying circuit and
示模块。采用 TI 公司的 DC/DC 专用模块 THS61087 为设计电路提供±5V 和±12V 的 电源，在前级及次级放大电路中，都通过使用高速运算放大器 OPA820 对输入信号进行 放大，末级由 THS3091 构成的功率放大电路可实现有效值输出。最后由 MSP430F449 实现输出显示，可显示输出的有效值及峰峰值。
方案二：以双电源作为宽带运算放大器电源。双电源可以以零点为中心正负输出， 用示波器方便测量，并且可以不加隔直电容使得电路变得简单。
方案二电路简单，测量方便性能较好。所以采用方案二。
1.1.2 宽带放大器部分的设计
方案一：采用场效应管或三级管实现增益。主要利用场效应管的可变电阻区（或三 极管等效为压控电阻）实现增益控制。本方案由于采用大量的分立元件，电路复杂，工 作点难以调整。
二、硬件电路设计.................................................................................................................... 6 2.1 系统框图...................................................................................................................... 6 2.1.1 系统电源............................................................................................................. 6 2.1.2 宽带放大器......................................................................................................... 7
(1-2)
将式（1-1）代入到（1-2）得
Af ( jω) = A m /(1 + A m B) 1 + jω /[(1 + A m B)w H ]