放大器实用设计案例精华汇总（一）

同时该控制状态机又对MCU提供P0口、CS、WR的微机标准时序接口形式，这样MCU只需选中相应地址，就可写入所要得到的电压数据，状态机会完成串并转换。

　　以串行接口时序将数据写入器件并锁存，与写IO端口操作一样简单方便，而D／A转换器模块的输出端既可得到相应输出电压，又达到控制增益的目的。

　　AGC部分采用循环结构，将A／D转换采样得到的数据与预设值循环相比较，再通过D／A转换控制增益倍数，从而实现自动增益控制。

　　6 测试方案及测试数据

　　该系统使用专门的测试仪器，包括单片机仿真器、双踪示波器、PC机、多功能函数信号发生器和交流电压表等。调节输入信号的幅值和频率，结合示波器，测试宽带放大器的增益范围以及通频带。测试结果表明，宽带放大器总增益调节范围为-6～70 dB。-3 dB通频带为40 Hz～15 MHz。将输入信号频率同定，改变输入电压幅值。记录输入电压和输出电压的最大值和最小值。结果表明，AGC动态范围大于60 dB。将输入端短接，设置不同的电压放大倍数，测量输出电压。结果表明，输出电压噪声小于300 mV。

　　7 结束语

　　宽带放大器以可编程增益放大器THS7001和可变增益放大器AD603为核心，利用数字技术实现增益的步进和预置。总增益范围为-6～70 dB，通频带为40．Hz～15 MHz，AGC动态范围达到60 dB。前置放大器采用低噪声电压反馈型运放THS4011，大大提高输人电阻。后级功率放大采用电流型反馈运放AD811，有效提高系统的带负载能力。系统采用多种抗干扰措施，并结合软件修正，实现较高的精度，具有良好的噪声，线性性能以及较低的功耗。系统界面友好，操作简单，经测试已投入应用。

　　三、5V单电源供电的宽带放大器的设计

　　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

　　直接使用集成高电压输出运放OPA820，放大器通频带从20 Hz～10 MHz，并能驱动50 Ω的负载，单纯用音频放大的方法来完成功率输出。同时要做到在输出负载上放大器最大不失真输出电压峰峰值≥10 V的难度较大，故采用DC-DC变换器TPS61087DRC为末级THS3091放大电路供电，最终设计这款高速宽带放大器。本方案简单易行，由于采用单芯片，所以系统体积较小。

　　1.2 系统设计

　　利用模拟电子技术和单片机信号采集处理技术，最终完成增益控制及输出显示。系统框图如图1所示。

　　图1 系统框图

　　2 模拟电路设计

　　利用TI公司的模拟仿真软件Tina，设计出5 V和15 V电源电路和三级放大电路，并利用峰值检测电路的输出经单片机采样处理后液晶显示。Tina仿真软件模拟出上述电路40 dB时的通频带范围为10 Hz～10 MHz。图2所示为三级放大电路的通频带图。

　　图2 三级放大电路的通频带图

　　2.1 放大电路

　　采用OPA820作为一级、二级放大电路，THS3091作为末级放大电路。三级放大倍数分别为5倍、5倍和4倍。其中末级电路通过两个可调电阻来控制放大倍数和保证输出信号的不失真。图3所示为基于OPA820和THS3091芯片设计的三级放大电路。

　　图3 基于OPA820和THS3091芯片设计的三级放大电路

　　2.2 峰值检测电路

　　由于通频带范围中有低频和高频两种不同输入，所以采用两种不同检测电路。低频峰值检测电路可参考专业书上的具体电路，高频峰值检测电路在此利用TPS61087芯片仿真设计出的电路，如图4所示。

　　图4 高频峰值检测电路

　　3 MSP430单片机控制液晶输出设计

　　3.1 MSP430单片机和液晶

　　MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。使用了MSP430F149型号的单片机，利用A/D采样峰值检测电路的信号，编程处理后最终完成在1602液晶上显示输出电压峰峰值和有效值数据的功能。为了减少功耗，并降低数字系统对模拟信号的干扰，采样完成后，将微控制器设低功耗模式。同时为了实时采样后数据显示不会闪烁，编程时利用定时器定时1 s后中断，使液晶每隔1 s才显示一次采样数据。电路如图5所示。

图5 单片机