基于OPA820宽带放大器的设计

　1. 2 前级放大电路设计

　　OPA820 是TI 公司的一款低噪声电压反馈高速放大器。

　　增益带宽积为480 MHz, 低输入电压噪声： 2. 6 nV/ √Hz,高直流精度： 25℃ 最多输入失调电压为± 700 nV, 25℃ 最多输入失调电压为± 400 nA。

　　采用高速运算放大器OPA 820 作为第一级放大电路（ 如图3） 进行11 倍的同相放大， 本文选取反馈电阻RF 为510 Ω, 反相端输入电阻RG 为51Ω , 为了抑制噪声， 防止电源串入噪声信号， 本文在电源线的进线处加0. 1p 和2. 2p的旁路电容进行滤波。输出信号进入后级放大电路进行放大（ 如图4） 。

图3 第一级放大电路

图4 第二级放大电路

　　1. 3 后级放大电路设计

　　T HS3091 是一款高电压， 低失真， 电流反馈放大器。

　　转换速率为7300 V/s , 增益带宽积为420 MHz, 输出电流高达±250 mA。低噪声： 正向电流噪声为14 pA/√Hz, 反向电流噪声为17 pA / √Hz, 电压噪声为2 nV/ √H z。

　　后级放大电路包含固定增益放大和功率放大模块。本文用单片THS3091 搭建同相增益放大和功率放大模块。

　　设置增益为11 倍， 本文选取反馈电阻RF 为1 k, 反相端输入电阻RG 为100Ω。为了防止电流反馈运算放大器THS3091 的自激， 本文在THS3091 的输入端加上20Ω 的限流电阻。该模块可同时对信号幅度和功率进行放大。驱动后级的50 Ω负载， 同时输出信号传入峰值检测模块中。

　　1. 4 峰值检测电路设计

　　峰值检测电路由两级电路组成： 第一级是整流电路，第二级是增益调节电路和积分电路。第一级整流电路如图5 所示。

图5 整流电路

　　第二级增益调节电路和积分电路如图6所示。

图6 增益调节电路和积分电路

峰值检测波形如图7和图8所示。

图7 检波前的信号波形

图8 检波后的信号波形

　　1. 5 微控制器选择

　　选用TI 超低功耗的MSP430 单片机对系统进行控制。

　　单片机主要完成对AD 从峰值检测电路采集的信号进行处理， 将输出电压的峰峰值和有效值显示在128 ×64 液晶屏上。

　　1. 6 抑制噪声设计的主要措施

　　1） 布线合理。放大器输入回路的导线和输出回路、交流电源的导线彼此要分开， 不要平行辅设或捆扎在一起， 以免相互感应。

　　2） 滤波。为防止电源串入噪声信号， 电源线的进线处加滤波电路。

　　3） 选择合理的接地点。在多级放大器电路中， 如果接地处安排不当， 也会造成严重的噪声。本文采取PCB制板， 将合理的接地点进行覆铜共地处理。

　　4） 不同级电路之间采用同轴电缆连接。

　　1. 7 消除自激振荡设计

　　1） 采取PCB 制版， 元器件布置紧凑、缩短连线的长度。

　　2） 合理布线， 输入线和输出线分开至少5 mm 以上，以免产生正反馈作用。

　　3） 在放大器各级电路之间加入电源去耦电路， 以消除级间电源波动的互相影响。

　　4） 放大器输入端加入限流电阻， 降低能量， 消除自激。

　　2 测试方案与测试结果

　　2. 1 放大器的基本性能测试

　　测试方法： 通过函数信号发生器产生不同频率和幅度的正弦波， 通过该宽带放大器， 输出显示在示波器上。从而测出放大器的放大倍数， 带载最大输出电压， 下限截止频率， 上限截止频率， 最小输出电压。经测试可得该宽带放大器的增益为43 dB 左右， 带载最大输出电压为17 V,最小输出电压为0. 4 V, 下限截止频率为6 Hz, 上限截止频率为20 MHz。

　　2. 2 放大器的幅频特性测试

　　测试方法： 用函数信号发生器产生峰峰值为5 mV, 频率分别为1~ 20 Hz （ 步进为1 Hz ） , 100 Hz, 1 kHz,10 kHz, 100 kHz, 1~ 20 MHz（ 步进为1 MH z） 正弦波送入示波器进行测量并描点制图如图9。测试条件： 50 Ω阻性负载。

图9 放大器幅频特性。

　　由幅频特性图可得： 该放大器的电压增益为43 dB 左右， 带宽下限截止频率低于6 Hz, 上限截止频率高于20 MHz, 带内波动较低。

　　2. 3 放大器输出噪声测试

　　测试方法： 输入端接50Ω 电阻到地， 输出端接入示波器进行噪声测量， 观察输出噪声波形， 测量出放大器的输出噪声。通过观察输出噪声波形， 从示波器读出该放大器的输出噪声峰峰值为10 mV。

　　3 结束语

　　本系统采用T I 公司的高速运算放大器OPA820 和T HS3091 以及MSP430 单片机、DC??DC 变换器TPS61087等完成了5 V 单电源供电的具有液晶显示宽带放大器该放大器的电压增益达到43 dB, 带宽在6 H z~ 20 MHz, 放大器输出电压（ 峰峰值） 达到0. 4~ 17 V, 小信号及宽带信号均无明显失真。该放大器性能优越。实践证明在自动化要求较高的系统中具有很好的实用性。

摘要： 设计了一种宽带放大器， 采用高速运算放大器OPA820 和低失真电流反馈运算放大器T HS3091 构成两