基于单片机的宽带放大器

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1、宽带放大器摘要：本系统由运算放大电路、输出电压有效值检测电路、开关电源电路、单片机控制显示电路四部分组成。运算放大电路包括由OPA820构成的前级放大电路，OPA842构成的中间级放大电路以及两片THS3091级联构成功率放大电路。开关电源电路将提供的＋5V电源转换为±15V电压驱动功率放大电路。整个系统的通频带为20Hz～5MHz,最小增益为0dB,增益可以达到40dB。电路输出电压峰峰值不小于10V，输出波形无明显失真。控制显示电路选用TI公司生产的MSP430F149单片机为控制芯片，根据检测到的输

2、出电压峰值计算输出电压的有效值，并由液晶显示，人机界面友好，有较强的实用性。关键词：有效值检测；开关电源；功率放大电路；MSP430F149一、系统方案比较与选择1.1中间级放大电路方案一、采用分离元件进行中间级放大调理，由于信号带宽高，采用分离元件电路复杂、调试繁琐，而且分立元件的噪声和分布电容不容易解决。考虑到在短时间内不容易做出来，所以不采用此方案。方案二、采用集成芯片电路，例如采用宽带、低噪声、电压反馈芯片OPA842构成中间级放大电路。反馈电阻用电位器，使得电路的放大倍数连续可调。电路的应用更加

3、灵活，方便。1.2功率放大电路方案一、用分离元件，此方案元器件成本低，易于购置，但是设计、调试难度太大。在短时间内手工制作的电路板难以达到实验设计的要求，因此不采用此方案。方案二、采用功率放大芯片。这种方法简单，调节方便。但是集成功放一般用于音频放大，无法满足带宽的需要。方案三、采用驱动负载能力较大的放大器实现。可以利用两片THS3091级联，构成功率放大电路。THS3091是一款高压、低失真、电流反馈运算放大器，它的带宽高达210Mhz（G=2,RL=100)。其最大输出电流为250mA，若用一片THS

4、3091，驱动不了题目要求的最大不失真电压峰峰值10V的输出。比较方案一、方案二和方案三，方案二虽然简单，但是带宽达不到题目要求。方案三比较常用，实现较简单，调节方便，经测试各项性能指标均达到设计要求。所以选择方案三。1.3单片机控制电路方案一、采用通俗的51单片机，51单片机运用广泛，有良好的知识做基础，上手快，但是单片机内部不含ADC，电路需要外接A/D转换电路实现其功能。方案二、系统采用MSP430F149作为控制芯片，MSP430F149内部有丰富的资源，6个8位并行口其中有两个有中断功能，12位

5、的ADC，强大的定时器，大容量的RAM和ROM。MSP430单片机最大的特色就是超低功耗，适合低功耗的应用场合。比较两种方案，方案二外围电路更加简单，所以选择方案二。1.4有效值检测方案一、直接使用有效值检测芯片AD637，电路结构简单，可以直观的显示电路的有效值。方案二、采用峰值检测电路。电路主要由两片宽带运放OPA820和高频二极管构成，辅助于电阻和电容，输出端的滤波电容储存能量。再通过单片机来进行有效值的计算显示。方案一电路能够很好实现有效值值检测，方案二电路,测量误差太大不予考虑.2.方案描述及系

6、统框图图1－2系统框图前级放大电路OPA820中间级放大电路OPA842功率放大电路THS3091峰值检测MSP430F149LCD键盘电源电路＋5V±5V±15V系统由运算放大部分、有效值检测部分、单片机控制显示部分以及开关电源部分组成。放大电路由三级放大组成。实验只提供+5V电源，但实验中不同的集成芯片要求的供电电压不同，因此需要电源转换电路，利用开关电源将+5V电源转换为－5V和±15V电压。单片机经过A/D采样计算后，由LCD显示电路输出的电压有效值和峰峰值。键盘可以实现单片机复位和显示转换。系统

7、框图如图1－2所示A/DA/D二、理论分析与计算1.增益带宽积的计算根据题目要求放大器的最大增益Av≥40dB，即100倍，3dB的通频带20Hz～5MHz，则系统总的增益带宽积要求为2000Hz～500MHz。实验要求输入信号放大100倍，单个的放大器很难达到题目要求，因此采用多级放大电路。为了达到较好的实验效果，电路采用三级放大。设定前级放大电路由OPA820构建，最大放大倍数为5，带宽为96MHz;中间级由OPA842构成，最大放大倍数10，带宽为40M。末级对于电压反馈型放大电路，增益带宽积是一个

8、常数。增益带宽积=增益×－3dB带宽。对于电流反馈型放大电路，带宽只与反馈电阻有关，加大反馈电阻时，放大器的带宽减小。级联运放的－3dB带宽可由如下方法计算：设二级运放的增益表达式分别为：，，其中f1,f2,分别为第一级、第二级的－3dB带宽，那么级联放大器的总的增益表达式为：.设,所以对于本系统，必须满足f≥10MHz2.放大器的稳定放大器在工作时会出现自激，外部干扰等，影响放大器稳定的工作。当放大器深度负反馈时输出信号带有