5V單電源供電的寬帶放大器的設(shè)計與仿真-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯V單電源供電的寬帶放大器的設(shè)計與仿真-設(shè)計應(yīng)用

本設(shè)計實現(xiàn)了一個5V單電源供電的寬帶放大器基本功能。部分采用高速運算放大器OPA820ID作為放大電路，THS3091D作為末級放大電路，利用DC-DC交換器TPS61087DRC為末級放大電路供電，在輸出負(fù)載50Ω上實現(xiàn)電壓增益等于40dB。該放大器通頻帶范圍10Hz～10MHz，系統(tǒng)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)驗證，本方案完成了設(shè)計要求和部分?jǐn)U展功能。

1方案論證與系統(tǒng)設(shè)計

1.1方案論證

直接使用集成高電壓輸出運放OPA820，放大器通頻帶從20Hz～10MHz，并能驅(qū)動50Ω的負(fù)載，單純用音頻放大的方法來完成功率輸出。同時要做到在輸出負(fù)載上放大器不失真輸出電壓峰峰值≥10V的難度較大，故采用DC-DC變換器TPS61087DRC為末級THS3091放大電路供電，終設(shè)計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

利用模擬電子技術(shù)和單片機(jī)信號采集處理技術(shù)，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

利用TI公司的模擬仿真軟件Tina，設(shè)計出5V和15V電源電路和三級放大電路，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40dB時的通頻帶范圍為10Hz～10MHz。圖2所示為三級放大電路的通頻帶圖。

圖2三級放大電路的通頻帶圖

2.1放大電路

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

圖3基于OPA820和THS3091芯片設(shè)計的三級放大電路

2.2峰值檢測電路

由于通頻帶范圍中有低頻和高頻兩種不同輸入，所以采用兩種不同檢測電路。低頻峰值檢測電路可參考書上的具體電路，高頻峰值檢測電路在此利用TPS61087芯片仿真設(shè)計出的電路，如圖4所示。

圖4高頻峰值檢測電路

3MSP430單片機(jī)控制液晶輸出設(shè)計

3.1MSP430單片機(jī)和液晶

MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器。使用了MSP430F149型號的單片機(jī)，利用A／D采樣峰值檢測電路的信號，編程處理后終完成在1602液晶上顯示輸出電壓峰峰值和有效值數(shù)據(jù)的功能。為了減少功耗，并降低數(shù)字系統(tǒng)對模擬信號的干擾，采樣完成后，將微控制器設(shè)低功耗模式。同時為了實時采樣后數(shù)據(jù)顯示不會閃爍，編程時利用定時器定時1s后中斷，使液晶每隔1s才顯示采樣數(shù)據(jù)。電路如圖5所示。

圖5單片機(jī)和液晶電路圖

3.2軟件流程

軟件流程，如圖6所示。

圖6軟件流程圖

4性能測試與分析

測試儀器有：泰克公司TS1002160M數(shù)字示波器和RIGOLDS102220M信號源。

測試方法主要分3步：（1）連接+5V、+15V電源，在輸入端接入信號發(fā)生器信號。（2）輸入通頻帶范圍為10Hz～10MHz，電壓峰峰值0～100mV的信號，測試通頻帶內(nèi)是否平坦。（3）改變輸入電壓的頻率和有效值，分別記錄輸出電壓的峰峰值和有效值。

相關(guān)測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表140dB時輸入輸出測試

如表1所示，放大器在預(yù)置帶寬為10Hz～10MHz、增益為40dB的時候，通頻帶內(nèi)很平坦。此時不失真輸出電壓約為10.20V。經(jīng)測試，該電路增益為42dB。制作和調(diào)試出的實物圖如圖7所示。

圖7實物圖

5結(jié)束語

本設(shè)計實現(xiàn)了