(宽带放大器前级放大电路.docVIP

宽带放大器(A题) 摘要 本作品主要由增益放大器OPA820ID和功率放大芯片THS3091D,分别实现增益信号的调节和末级功率的放大，在20HZ到5MHZ带宽范围之间的小信号进行有效的放大，实现增益0dB到100dB之间连续可调，最大不失真输出电压有效值不小于10V，利用DC—DC变换器TPS61087DRC为末级放大电路供电。系统主要由三个模块组成：前级放大电路；功率放大电路；供电电路，本设计在放大电路中设计了相位补偿电路和防止产生自激振荡电路，由于电路限用单电源供电，所以在电路设计时加入了合适的偏置。 关键词：宽带增益放大器 OPA820ID TPS61087DRC THS3091D 一 方案选择与论证： 分析设计题目的各项要求，放大器的增益调节是重点，而功率放大是本题的难点，因此有以下的方案选择与论证。 1 增益放大电路部分 方案一：采用TI公司提供的OPA820ID芯片，采用反相输入比例运算放大电路，设计简单，但容易产生自激振荡，电路稳定性差，不选用此方案。 方案二：采用多级放大器的级联实现增益放大，通过模拟开关选择信号的级联放大，每一级实现不同的增益放大，最终实现的增益等于各级增益之和。此方案原理简单，但需较多模拟开关和较多运放的级联，增加了系统的成本和不稳定性，而且调试难度较大，增加了本身的不稳定性。故放弃此方案。 方案三：采用TI公司提供的OPA820ID芯片，采用同相输入比例运算放大电路，设计简单，且能有效避免自激，稳定性好。采取此方案。 功率放大部分 方案：由于题目要求采用THS3091ID，所以放弃使用分立元件实现的方案，而使用集成高速功率放大器THS3091D，驱动负载能力较大，低噪声，采用并联三个THS3091D高速宽带放大器，电路简单，增益可调，而且方便调试，为防止自激，我们采用输入电压从反相输入端输入，由于THS3091D为单电源供电，所以在其同相输入端加入直流偏置电路，以使同相输入电压为Vcc/2.其原理图见下。总放大增益为16 dB。而其在输出端能实现大电流输出，完全满足题目要求，实现起来简便易行，易于调试，且噪音小。故采用此方案。 二 理论分析计算： 1 增益分配： （1）前级放大电路以OPA820ID为核心，其频率上下限控制在10HZ-10MHZ，其电压增益不小于40db。前级放大电路有两级OPA820ID构成，为实现输入阻抗匹配，系统第一级为缓冲级，为扩展通频带，输入缓冲级增加一补偿电路。第一级放大倍数为16dB，在其同向输入端加入直流偏置。第二级放大倍数为16 dB。题目要求放大电路不失真时输出电压峰峰值大于10V。频率下限不大于20HZ，上限不小于5MH，而本电路对输入输出电压及频率都有限制，所以，必须合理分配各级放大器的放大倍数。 第一级电路由OPA820ID构成电压串联负反馈，在其同向输入端加入直流偏置电路以使其同相输入端电压稳定在Vpp/2，即2.5V。为展宽电路通频带，在其电路反向输入负载并联30pf可调电容。使并联后总的阻抗减小，频率增大，使高频顺利通过。起补偿作用。在此电路中，在OPA820ID电源端加入去耦电容和瓷珠。以稳定输出电压及起滤波作用。两级放大电路通过隔直电容级联。 末级放大电路以THS3091D为核心，其电压增益为16dB采用并联三个THS3091D高速宽带放大器，为防止自激，我们采用输入电压从反相输入端输入，由于THS3091为单电源供电，所以在其同相输入端加入直流偏置电路，以使同相输入电压为Vcc/2.其原理图见下。总放大增益为16dB。而其在输出端能实现大电流输出，完全满足题目要求，实现起来简便易行，易于调试，且噪音小。 2：放大器带宽增益积 （1）带宽增益积（GBP）是衡量放大器性能的一个重要参数。电压反馈型运放带宽和增益存在一定关系：从对应波特图可看出：直流到由反馈回路决定得主极点Ｆｃ之间，带宽增益积恒定，在该频率以上，如果频率升高一倍增益就会降低一半，运算放大器的3db宽频率就是Fc放大器带宽增益积BW*Au=C常数，所以设计电路时进行折衷选择。题目要求通频带范围为20HZ-5MHZ,增益大于等于40db，即Gain=100V.故其GBP=500 故考虑多级放大器级联。 （2）假设放大电路的高频响应用下面单极点函数表示： A()=/(1+/); (2--1) 式中为放大器的中频增益，w为角频率，为上限角频率，当引入正反馈并假设反馈网络的反馈系数与频率无关的实数B时，则有： ()=A()/[1+BA()]