模拟技术中的5V单电源供电的宽带放大器的设计与仿真

本设计实现了一个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 本文探讨了5V单电源供电的宽带放大器的设计与仿真，该设计着重于实现一个具有宽频响应和高增益的模拟放大系统。系统的核心组件包括高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，以及THS3091D作为最后一级放大电路。这种设计利用了DC-DC交换器TPS61087DRC来为末级放大电路提供所需电源，确保在50 Ω负载下实现40 dB的电压增益。放大器的通频带范围覆盖10 Hz至10 MHz，这使得它能够处理各种频率的信号。 方案论证阶段，设计者选择OPA820ID因其高电压输出能力，可直接驱动50 Ω负载，但考虑到在保持不失真输出的同时达到足够的峰值电压，引入了DC-DC转换器TPS61087DRC来增强THS3091D的供电能力，从而实现高性能的宽带放大。系统设计简洁，同时应用了电容去耦和滤波技术，以降低噪声和抑制高频自激，确保系统的稳定性和抗干扰性。 在模拟电路设计部分，使用了TI公司的Tina软件进行仿真，确认了5V和15V电源电路及三级放大电路的性能。一级和二级放大电路由OPA820组成，其放大倍数分别为5倍，末级放大电路由THS3091构成，放大倍数为4倍，通过可调电阻调整增益和保持输出信号的线性。此外，针对低频和高频信号，设计了两种不同的峰值检测电路，以适应不同频段的信号处理。 在系统中，MSP430F149单片机扮演了关键角色，负责采集和处理峰值检测电路的信号，并将结果显示在1602液晶显示器上。单片机工作在低功耗模式下，利用定时器中断策略，每秒更新一次液晶显示，避免了频繁刷新导致的闪烁问题。 通过泰克TS1002数字示波器和RIGOL DS1022信号源进行性能测试，测试结果显示在预设的10 Hz到10 MHz频带上，放大器增益为40 dB时，通频带平坦且能够提供约10.20 V的不失真输出电压。这些测试数据证实了设计方案的有效性，并实现了额外的扩展功能。 这个设计成功地结合了模拟电路技术与单片机控制，创建了一个高效、稳定的宽带放大器，适用于各种频率信号的处理，尤其是在有限的电源条件下，仍能保持良好的性能指标。