100MHz放大器設計

1、100MHz放大器設計課題要求1、 輸入50mv,100MHz,輸出2v,100MHz2、 放大后要求信號穩(wěn)定且無明顯失真。方案論證1、 分立器件放大電路在低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、甲乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360度，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于180度。丙類放大器電流的流通角則小于180度。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而只能用于采用調諧回路作為負載的諧振功率放大。由于調諧回路具有濾波能

2、力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。可是若僅僅是用一個功率放大器，不管是甲類或者丙類，都無法做到如此大的功率放大。綜上，確定電路設計由兩個模塊組成，第一模塊是兩級甲類放大器，第二模塊是一工作在丙類狀態(tài)的諧振放大器，其作為功放輸出級最好能工作在臨界狀態(tài)，因為此時輸出交流功率最大，效率也較高，一般認為此工作狀態(tài)為最佳工作狀態(tài)。上述方案，雖可實現(xiàn)設計，但是電路復雜，后期調試周期長，穩(wěn)定性不高。2、 集成運放放大電路集成運算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器，主要由輸入、中間、輸出三部分組成。輸入部分是差動放大電路，有同相和反相兩個輸入端；前者的電壓變化和輸出端的電壓變化方向一

3、致，后者則相反。中間部分提供高電壓放大倍數(shù)，經輸出部分傳到負載。供電電源通常接成對地為正或對地為負的形式，而以地作為輸入、輸出和電源的公共端。選擇合適類型及參數(shù)的運放就能很好的達到課題要求參數(shù)，并且具有很好的穩(wěn)定性和極低的失真度。通過查詢大量數(shù)據(jù)手冊，最終選定最終選擇德州儀器公司（TI）的高帶寬、高性能運放OPA846IDBVT最大帶寬400MHz,超低輸入噪聲電壓1.2nVJHz。能夠滿足設計需求。綜上兩方案，最終選定方案2。三、方案設計1、電路框圖輸入IOPA846正向放大方式輸出負反饋3.1.程序框圖2、電路參數(shù)計算1）計采用運放同相比例運算的方式進行放大，通過通用運放放大計算方式得到O

4、PA846的放大倍數(shù)計算。IFS-i->8&根據(jù)虛斷虛斷可得:u;!.=U|RfRi2）由上述公式得知，通過調節(jié)反饋電阻的大小與負相輸入端接地電阻的比值就可以得到一個合適的放大倍數(shù)。由于OPA846在100MHz輸入頻率時，最大倍數(shù)只有10倍。無法滿足設計需求40倍的要求，所以采用兩級放大發(fā)方式，第一級放大10倍，第二級放大4倍，從而實現(xiàn)40倍的放大。通過官方數(shù)據(jù)手冊得到負相輸入端的電阻參考值值為50歐姆，故實際電路中R=R=5011,根據(jù)上述放大倍數(shù)公式，可得第一級放大：10=3+1,且R2=50Q,所以R=450QR2第二級放大：R4=9+1,且R=50Q,所以R=150QR

5、53、 電路設計圖2.3，電路設計四、仿真結果分析5ns.Oiv2V即50BExt工軸位移（格州0Y軸位移（格）：-Q丫軸位移格”0mV998時甚標度:通道B刻度：通道口刻度；觸發(fā)I邊沿：Z毛畫匣海加B/AA/B交赤0直寂孽配正常自幼無圖4.1,仿真結果圖如圖4.1所示，通道A為藍色，輸出信號；通道B為紅色，輸入信號。由圖像可知，兩波形幅度一樣，但是通道電壓刻度值為2V/50mv,即放大了40倍，且波形無明顯失真，且工作穩(wěn)定，各項指標達到設計要求。五、芯片介紹選型本題需要將100MHz且幅值為50mv的信號放大到2v,并且放大后要求信號穩(wěn)定，由理論知識得當增益帶寬比較大時，一般的芯片難以滿足這

6、個標準，所以找到一顆高帶寬，高性能的運放是解決此設計才難點。通過參數(shù)對比及查詢，最終選擇德州儀器公司（TI）的高帶寬、高性能運放OPA846IDBVT最大帶寬400MHz,超低輸入噪聲電壓1.2nVvHz。OPA846IDBV將極高增益帶寬和大信號性能與極低輸入輸入電壓噪聲組合在一起，同時消耗極低電源電流。這款經典的差分輸入級和兩個正向增益級以及一個高功率輸出級組合在一起使得OPA84破為具有出色直流精度和輸出驅動能力的優(yōu)質低失真放大器。此電壓反饋架構使得全部標準運算放大器應用能夠以極高的性能執(zhí)行。低輸入電壓和電流噪聲的組合，連同增益帶寬，使得OPA846成為針對寬頻帶轉阻級的理想放大器?？墒褂靡豁椚碌耐獠垦a償技術來為OPA846提供一個低于最小穩(wěn)定增益的十分平坦的頻率響應，從而進一步改進其已經十分出色的失真性能。六、整體圖七、遇到問題及其解決方法遇到問題1、 試了很多運放，當頻率達到及兆赫茲時，已經不能放大信號了<2、 輸出信號出現(xiàn)