宽带放大器11310.doc

宽带放大器设计报告 摘要：本系统由四大模块组成，分别为放大模块、电源模块、峰值检波和测量显示模块组成放大模块采用三级放大，在前级放大电路中，采用指定的高速运算放大器OPA820ID作为第一级放大电路，输出经第二级放大器OPA690放大后，后级放大采用指定的低失真电流反馈放大器THS3091D放大达到最大峰峰值大于10V的输出电源模块采用DC-DC转换芯片TPS61089得到正负12V电源（利用外部充电泵原理）和MC34063得到的正负5V电源，34063得到的正负5V给前两级放大电路供电，TPS61089DRCT得到的正负12V经稳压得到正负9V给后级放大器THS3091D供电峰值检波采用数字检波电路测量模块采用TI公司低功耗单片机MSP430F149，利用单片机内部AD对检波后输出采样，经单片机处理后送至LCD显示关键词：宽带放大器，DC-DC转换,充电泵，峰值检波 一．方案论证与比较1.1 放大器方案选择 前级放大器和后级放大器分别为指定的TI公司的OPA820ID和THS3091D，但仅由这两级放大不能满足题目要求因此，需加入中间级放大电路方案论证如下： 方案一： 采用LM358放大器组成的放大电路。

LM358是一般的运算放大器，对电源的要求较高，功耗较大它的放大精度不是很高，受环境因素影响变化大，而且对输入的小信号放大，纹波和噪声都比较大另外，LM358的增益带宽积较小，不能满足要求 方案二：采用OPA690放大器组成的放大电路OPA690是TI公司的的一款高性能电压反馈运算放大器它具有较高的放大精度和较大的带宽，受环境影响较小,符合题目要求 综上所述：我们选择方案二 1.2 电源方案选择 题目中提供给我们的电源只有 +5V, 但为了更好的达到题目的要求，我们采用双电源供电,所以，应该将提供的电源做DC-DC变换前两级采用MC34063变换得到正负5V电源供电THS3091电源选择方案如下： 方案一：使用TPS61087DRCT和变压器5V电压经DC-DC升压变换后，输出电压经变压器变压后产生正负电源该方案对变压器的要求较高，需要准确计算出线圈匝数比，比较复杂，且输出电压不是很稳定，故此方案不予采纳 方案二：使用TPS61087DRCT外部充电泵生成辅助电压使用外部充电泵是从升压转换器生成辅助电压轨的一种灵活易用的方法这些电压轨理论上可以是任何电压，正负均可，并且可以为需要两个或更多电压的任何应用供电。

该方案设计电路简单，容易实现，可以满足设计要求综上所述：我们选择方案二二． 电路设计与参数计算2.1 电路整体设计框图 峰值检波末级放大电路中间级放大电路 前级放大电路滤波电路滤波电路 MC34063产生正负5V电源TPS61087产生正负12V电源经稳压得到正负9V电源 MSP430 5V电源 LCD显示 2.2 模块电路设计及参数计算 2.2.1放大电路设计 题目要求放大增益>=40db，即增益Gain>=100放大器的通频带是0~10MHz，所以本放大器的增益带宽积为：GBP=100*10M=1G 前级放大器OPA820ID和末及放大器THS3091D均有较高带宽,中间级放大器OPA690带宽为220M，足以满足要求 我们设计电路的各级放大倍数为：前级放大2倍，第二级放大12.5倍，末级放大5倍；该放大器的放大倍数G=2*12.5*5=125,增益带宽积为1.25G，满足要求放大模块电路图如下： 图1 三级运算放大电路2.2.2 电源电路设计 题目中提供的一个+5V的单电源，但我们的运放全部采用双电源供电，因此需做DC-DC变换。

利用TI公司DC-DC转换芯片TPS61087DRCT,将+5V的电源升至12V，再使用TPS61087DRCT外部负充电泵将+12V的电压生成-12V的辅助电压，正负12V为减少开关电源纹波分别利用7809和7909稳压后得到正负9V给THS3091提供电源电路图如下： 图2 TPS61087DRCT产生 正负9V电源，给末级运放THS3091供电 计算电路元件参数：要求输入电压VIN=5V, 输出电压Vout=15V， Iout_max=500mA查手册可知 R16= Vref / 70uA =18K; R12=R16*( Vout/Vref -1）=200K 通过改变R16的大小可以改变输出电压 由于利用TPS61087升压、稳压后得到正负9V 电源的电流不是很大，无法给三级运放同时供电，并且正负9V电压高于前两块芯片的工作电压，故不能给其供电因此，还需另外制作电源给前两块芯片供电在此，我们采用MC34063电压反转电路，将提供的正5V电源转换为负5V,利用正负5V电源给OPA820ID和OPA690供电电路图如下： 图3 MC34063将正5V转换成负5V,,利用正负5V电源给OPA820ID和OPA690供电2.2.3 峰值检波和测量显示电路设计 电路图如下： 放大器输出信号送到上图检波电路，然后通过单片机内部AD对检波输出输出采样，采样回的数据经单片机处理后送到LCD进行显示。

2.24降低放大器输出噪声电路设计该系统放大器的电源全部由开关电源提供，电源开关噪声比较大，另外由于外界电磁等干扰使得输出噪声大为了降低输出噪声，我们采用电源去耦、利用EMI去电磁干扰、设计滤波器滤波等一系列措施，取得了比较好的效果 开始2.3软件设计单片机内部AD采样 32次?N Y LCD显示 数据转换处理三、 测试数据与结果分析四、 3.1 测试仪器测试使用的仪器设备如表所示序号仪器名称型号、规格主要技术指标数量1模拟示波器UT2062C50MHz 12函数发生器CA16422M Hz 13数字万用表4位13.2 测试数据表单位mV123456输入电压输出电压峰峰值输出电压有效值3.3 输出噪声测试把输出电压接到模拟示波器输入端，从输出波形大致可以看出输出噪声纹波电压峰-峰值较小,满足题目基本要求3.4 误差分析 （1）电源噪声影响由于本系统中电源全部采用开关电源供电，所以电源的噪声比较大虽然我们采取了很多方法来消除噪声，但仍无法完全消除2）测量仪器精度有限以及测量过程中外界的干扰，另外整个电路板由手工焊接完成无法避免线路之间的电磁干扰，从而导致一定的误差。

3)由于运算放大器的零点漂移，温度漂移等带来的误差4）A/D，D/A转换误差,受AD转换器精度及基准源稳定程度的限制，不可避免地带来一定的误差5）纹波对输出的影响采用屏蔽的方法、远离容易产生势骚动或脉冲工作方式的器件、减少IC供电电源的纹波等可减少由IC外部干扰产生的纹波 五、结论本设计制作完成了题目要求的基本部分的全部要求和发挥部分的要求，而且部分功能大大高于发挥部分的要求 但由于时间紧，工作量大，系统还存在许多可以改进的地方，比如电路布局、和抗干扰方面和电源噪声消除等方面还有很大的提升空间，如果改进，相信性能还会有进一步的提升本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能力，我们遇到了很多困难和障碍，在处理问题的过程中，我们也在不断的进步参考文献[1]高吉祥 主编，唐朝京 主审《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》电子工业出版社[2] 童诗白、华成英 主编《模拟电子技术基础》高等教育出版社[3] 陶显芳 编著《开关电源原理及设计》福建科学技术出版社[4]沙占友 主编《开关稳压器应用技巧》中国电力出版社附件 带宽放大电路 1。