5V单电源供电的宽带放大器的设计与仿真

设计实现了一个5 V单电源供电的宽带放大器基本功能。核心部分采用高速运算放大器OPA820ID作为一级放大电路，THS3091D作为末级放大电路，利用DC-DC交换器TPS61087DRC为末级放大电路供电，在输出负载50 Ω上实现电压增益等于40 dB。该放大器通频带范围10 Hz～10 MHz，系统最终可利用示波器测量输出电压的峰峰值和有效值，并利用MSP430单片机控制1602液晶显示输出数据的功能。整个系统结构简单，而且综合应用了电容去耦、滤波等抗干扰措施以减少放大器噪声并抑制高频自激。经验证，本方案完成了设计要求和部分扩展功能。

　　1 方案论证与系统设计

　　1.1 方案论证

　　直接使用集成高电压输出运放OPA820，放大器通频带从20 Hz～10 MHz，并能驱动50 Ω的负载，单纯用音频放大的方法来完成功率输出。同时要做到在输出负载上放大器最大不失真输出电压峰峰值≥10 V的难度较大，故采用DC-DC变换器TPS61087DRC为末级THS3091放大电路供电，最终设计这款高速宽带放大器。本方案简单易行，由于采用单芯片，所以系统体积较小。

　　1.2 系统设计

　　利用模拟电子技术和单片机信号采集处理技术，最终完成增益控制及输出显示。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

　　2 模拟电路设计

　　利用TI公司的模拟仿真软件Tina，设计出5 V和15 V电源电路和三级放大电路，并利用峰值检测电路的输出经单片机采样处理后液晶显示。Tina仿真软件模拟出上述电路40 dB时的通频带范围为10 Hz～10 MHz。图2所示为三级放大电路的通频带图。

图2 三级放大电路的通频带图