基于OPA820宽带放大器的设计
宽带放大器前级放大电路
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。
2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。
宽带直流放大器
宽带直流放大器摘要：本系统主要由五个模块电路构成：前级放大、中级程控放大、宽带预制、单片机显示与程控模块。
前级放大由电压反馈型放大器OPA820进行小信号放大，中间级由可程控放大芯片VAC810对前级信号进行放大，最后通过低噪声电流反馈型运放THS3091进行功率放大以达到有效值10V的输出。
宽带预置部分由继电器控制滤波部分来达到放大器宽带0~5M，0~10M的预制。
程控模块对放大的0~60dB的程控，宽带的预置与液晶的显示。
关键词：MSP430f449 OPA820 VAC810 THS3091目录一、方案设计与论证 (3)1、增益控制部分 (3)2、低通滤波器部分 (3)3、功率放大部分 (4)二、方案总体描述 (4)三、理论分析与计算 (5)1、增益分配 (5)2、通频带内增益起伏的控制 (6)四、模块电路设计 (6)1、前级放大电路 (6)2、程控放大电路 (7)3、低通滤波电路 (8)4、后级放大电路 (9)5、功率放大电路 (10)6、直流稳压源的设计 (11)五、程序设计 (13)六、测试数据与结果分析 (13)1、通频带测试 (13)2、预制电压增益测试 (14)3、噪声电压测试 (15)七、参考文献 (16)一、方案设计与论证1、增益控制部分方案一：AD603是一款低噪声高增益的压控芯片，AD603增益与控制电压的关系为AG（dB）=40Ug+10，输入控制电压Ug由AD603的1脚输入，控制电压范围为-0.5~+0.5，增益范围为-10dB~30dB。
单片机可以通过D/A（将数字量转换为对应的模拟电压量Ug）来控制AD603的放大倍数。
但是AD603的零漂比较大，顾方案待定。
方案二：VAC810具有宽带低噪声，宽带25MHZ，并且以dB为单位的线性增益的特点，增益控制范围为-40dB~40dB，增益与电平关系为：G（dB）=-40（Vc+1），Vc为VAC810的增益控制电压，范围为-2V~0V。
宽带放大器设计
宽带交流放大器摘要本设计主要采用由ADI的集成运放OP37GP和TI的OPA820构成，运放工作在12V的单电源条件下，电路采用三级放大，对正弦交流小信号进行宽带放大，输入输出阻抗均为50Ω，输出波形无失真，放大倍数达到40dB和带宽达到5MHz，符合设计要求，基本达到设计目的。
关键词：单电源宽带放大OP37GP OPA8201方案论证与设计1.1交流放大器电路设计方案一：选择使用分立元件电阻，电容，电感，通过模电的相应知识设计出所给出指标的具体参数，购买元器件焊接调试。
分立元件构建放大器的优点在于根据指标设计出的参数精确度更高，但是他的缺点在于在短时间内很难设计出来，困难较多包括元件购买较复杂，元器件易受到外界环境的影响。
方案二：直接选用合适的集成宽带运放来设计电路，本电路原理是考虑到系统需要单电源工作，通过相应的调节电路可以使运放对直流电压进行偏置到VCC/2,使交流信号工作范围最大，获得较高的放大增益。
本设计选择集成运放OP37GP和OPA820。
考虑到比赛时间较紧，元器件购买的难易度，我们最终选择方案二来作为本次交流放大器的主电路。
1.2运放单电源工作电路设计方案一：交流小信号反向放大，电路为反向放大电路，输入输出反向，放大倍数A=—R f/R1,主要通过电容对直流的隔离作用对交流信号进行放大。
输入输出相位相差180度。
简易电路模型如下方案二：交流小信号同向向放大，电路为同向放大电路，输入输出同向，放大倍数A=1+R f/R1,主要通过旁路电容对直流的起隔离作用，对交流信号进行放大，输入输出相位相同。
简易电路模型如下综合考虑我们在整个系统中合理运用两种电路形式以获得最高的技术指标2原理分析与硬件电路图本设计采用3级集成运放进行级联，单电源工作模式下对交流小信号进行放大。
整个系统电路需要考虑电压放大倍数和相应的带宽。
该宽带交流小信号放大器由OP37GP，OPA820DI构成。
OP37GP的单位增益带宽积为63MHz,OPA820的GBW=200(G=2)时，综合考虑到系统电路的性价比，可行性，简单性。
opa820
OPA820特点高频带（240MHz, G = +2）高输出电流（±110mA）低输入噪声（2.5nV/√Hz）低供电电流（5.6mA）灵活的电源电压:双电源±2.5V到±6V单电源 +5V到+12V极好的直流精:当25°C时最大输入偏移电压=±750μV 当25°C时最大输入偏移电流=±400nA 应用廉价的视频线驱动ADC放大器低噪声器有源滤波滤波器便携式检测设备光学通道放大器低功耗、基带放大器CCD成像通道放大器OPA650和OPA620的升级描述OPA820提供一种宽频的,单位增益稳定的，有一个很低的输入噪声电压和使用一个低的5.6mA供应电流产生高输出电流的电压反馈放大器。
在单位增益里, 当峰值<1dB时 OPA820给出一个>800MHz的带宽。
在低功耗情况下，OPA820补充这一高速操作装置具有优良的直流精度。
最坏的情况下的偏置电压为±750μV和偏置电流为±400nA，它们给脉冲放大器应用程序一个优秀的绝对直流精度。
最小输入和输出电压摆幅的余量允许OPA820操作一个单一的+5 V 电源以供给>2V pp的输出摆动。
虽然它不是一个满摆幅(RR)输出，但它会支持大多数的新兴模数转换器(ADC) 输入跻身于比典型的RR输出放大器功耗和噪声低的行列。
特别低的dG/dP (0.01%/0.03°) 支持低成本的复合视频线驱动器的应用程序。
现有的设计可以用行业标准的 SO-8封装而新兴高密度便携应用程序可以使用SOT23-5。
提供业界最低的并且采用SOT封装的热阻抗，以及超过商业和工业温度范围完整规范，以得到在很宽的温度范围内拥有可靠的表现。
应用信息宽带电压反馈的操作只要遵守好的设计练习这个简单的准则，由OPA820提供的速度和动态范围的组合在多种的应用电路中是容易实现的。
宽带放大器2010年大学生电子TI设计大赛作品）
宽带放大器2010年大学生电子TI设计大赛作品）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THS3091，驱动不了题目要求的最大不失真电压峰峰值10V的输出。
宽带放大器设计
宽带放大器设计摘要本系统利用单5V供电,并在末级引入开关电源,前级由OPA820对输入信号进行同向放大,中级由OPA820实现对信号的反向放大改善相位裕度减小自激可能性;后级由THS3091实现功率输出并达到峰峰值10V,并用真有效值转换芯片AD637测量输出信号的有效值。
系统以MSP430F4260为控制核心,对AD637的直流输出采样,AD转换及LCD显示。
关键词opa820;同向放大;反向放大;峰值检测1方案设定1.1系统电源部分按照设计要求只提供单5V电源,并且后级设计开关电源。
系统采用单电源供电,+5V给OPA820供电,TPS61087将+5V升至+17V给后级共电,电路原理简单,且不引入过多的开关电源,经过一定滤波后,能基本达到要求。
1.2前置放大器设计采用“虚地”的接法将输入端的地接到供电电平的一半处,所有的“地”都是供电电平的一半,此方案需要将“虚地”通过电容此方案的耦合电容只需要一级,且电路图简单直观,由于耦合电容引入的噪声也小。
1.3峰值检测电路设计采用增益有效值转换芯片,例如ad637,LT1968等。
该方法简单,外接电路简单,测量值精确,但是该方案的缺陷是有通平带的限制,超过一定的频率后,测量值将会变得不准确,但是可以在一定频带内测出精确值。
2系统设计2.1总体设计思路本系统由前置放大器、中级放大器、后级功率放大器,峰值检测电路及单片机与人际交互接口五个部分组成。
末级运放THS3091使得放大器能驱动50欧的负载,最大输出电压可达11.7Vpp。
2.2理论分析计算1)增益分配。
为了保证整个系统的的增益达到40db,让前级实现同向11倍既20.83db的固定增益放大,末级的THS3091实现同向8.69倍既18.78db的固定增益放大,前中后级间的阻抗匹配损失了8倍既18.06db的放大倍数,因此固定增益有21.55db。
需要中级有18.45db的固定增益。
通过改变中级反馈电阻的数值,可以满足上述要求,并且能够超过上述指标要求,满足增益大于40db的要求。
一种增益可控宽带放大器的设计
一种增益可控宽带放大器的设计作者：周永强来源：《科技创新导报》2017年第07期摘要：增益可控宽带放大器是一种改变电路某参数对信号增益进行调节的放大器，是音响、无线通信等系统不可缺少的部分。
该文介绍了一种增益可控宽带放大器的设计，OPA820对输入信号固定放大60 dB的增益，增益步进控制由DAC0832完成，最后选用NE5532放大信号的功率。
关键词：增益可控宽带放大器 OPA820 DAC0832 NE5532中图分类号：TN948 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0106-02增益可控宽带放大器是一种改变电路某一参量对信号增益进行调节的放大器，是音响、无线通信等系统中必不可少的部分。
为了扩展带宽，除了使其增益较低以外，通常还需要采用高频和低频补偿措施，以使放大器的增益-频率特性曲线的平坦部分向两端延展。
宽带放大器在光纤通信、电子设备及微波仪表等方面的应用越来越广泛，这些系统一般要求放大器具有增益可调、宽频带、低噪声、工作稳定等特点。
1 系统设计系统由增益放大、增益控制、功率放大、滤波器和控制器等几个部分组成。
增益放大器对输入信号进行固定增益放大，增益控制电路完成增益步进控制，功率放大器对信号进行功率放大，提高其带负载的能力，处理器完成信息输入的处理并显示当前的控制增益。
系统框图如图1所示。
2 单元电路的设计2.1 增益放大器系统最大输出信号要达到60 dB的增益放大能力，所以增益放大器选用两级放大电路比较容易实现。
运算放大器引入深度负反馈网络能实现准确的电压放大倍数，两级放大电路都选用同相比例运算电路，使输出信号不用接反相器即可使用。
放大器使用固定电压增益放大，可以保证在整个通带内增益不变，稳定性好，也必将容易实现，增益放大电路如图2所示。
在考虑各级放大电路电压增益分配时，第一级实现20倍的放大，第二级实现50倍的放大，则两级总放大倍数为1 000倍即60 dB的电压增益。
OPA820
Copyright 2004−2008, Texas Instruments Incorporated
OPA820
SBOS303C − JUNE 2004 − REVISED AUGUST 2008
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS(1)
PACKAGE/ORDERING INFORMATION(1)
PRODUCT OPA820 ″ OPA820 ″ PACKAGE-LEAD SO-8 ″ SOT23-5 ″ PACKAGE DESIGNATOR D ″ DBV ″ SPECIFIED TEMPERATURE RANGE −45°C to +85°C ″ −45°C to +85°C ″ PACKAGE MARKING OPA820 ″ NSO ″ ORDERING NUMBER OPA820ID OPA820IDR OPA820IDBVT OPA820IDBVR TRANSPORT MEDIA, QUANTITY Rails, 100 Tape and Reel, 2500 Tape and Reel, 250 Tape and Reel, 3000
PRODUCTION DATA information is current as of publication date. Products conform to specifications per the terms of Texas Instruments standard warranty. Production processing does not necessarily include testing of all parameters.
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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480MHz,低输入电压噪声： 2.6nV/√Hz,高直流精度：25℃最多输入失调电压为±700nV,25℃最多输入失调电压为±400nA。
采用高速运算放大器OPA820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510Ω,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7300V/s,增益带宽积为420MHz,输出电流高达±250mA。
低噪声：正向电流噪声为14pA/√Hz,反向电流噪声为17pA/√Hz,电压噪声为2nV/√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1k,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50Ω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5mm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43dB左右，带载最大输出电压为17V,最小输出电压为0.4V,下限截止频率为6Hz,上限截止频率为20MHz。
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5mV,频率分别为1~20Hz（步进为1Hz）, 100Hz,1kHz,10kHz,100kHz,1~20MHz（步进为1MH 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：50Ω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43dB左右，带宽下限截止频率低于6Hz,上限截止频率高于20MHz,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10mV。
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5V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43dB,带宽在6H z~20MHz,放大器输出电压（峰峰值）达到0.4~17V,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构成两级放大电路，在6H z~20MHz的通频带中实现放大增益为43dB,具有带内波动小，输出噪声低的特点。
同时将单一的5V电源通过TPS61087和MC34063A产生系统所需要的正负电源为放大器供电。
放大器输出经过精密峰值检波电路后得到信号的峰峰值，再对信号进行调理后送MSP430单片机进行数据采集、显示。
对提高宽带放大器的各种性能指标提出了多种具体措施，在自动化要求较高的系统中具有很好的实用性。
0引言
放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。
如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量（如温度、转速、压力、流量、照度等）用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。
同时在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。
在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。
本文采用T I公司的高速运算放大器OPA820作为第一级放大电路进行11倍的放大，采用T I公司电流反馈性运放THS3091作为末级放大电路进行11倍的放大，并作为功率放大器驱动50Ω阻性负载，在输出负载上，放大器最大不失真输出电压峰峰值可达10V以上。
通过两级放大放大器电压增益≥40dB。
输出的信号通过峰值检测模块，通过A/D采集输入MSP430单片机，在液晶屏上显示出放大器的输入电压的峰峰值和有效值。
由于在实际应用中常采用5V单电源供电，本文选用TPS61087电源芯片提供+10V电压，选用MC34063电源芯片提供-10V电压来为T HS3091供电。
选用MAX764电源芯片提供-5V电压，和输入的5V电压来为OPA820供电。
系统总体框图如图1所示。