總諧波失真測試電路無需外部濾波器

本應用筆記介紹了一個總諧波失真（THD）測試電路，該電路使用有源噪聲放大來消除對昂貴且通常效率低下的外部濾波器的需求。該電路還可以在比所用測試夾具的分辨率低幾個數(shù)量級的情況下測量THD。

測量尖端放大器的低頻（低于100kHz）總諧波失真（THD）存在幾個問題。當放大器設計的THD額定值遠低于大多數(shù)測試設備時，會出現(xiàn)最困難的問題。這個問題通常迫使工程師使用昂貴且通常效率低下的外部濾波器進行設計，并使用高端測試夾具。

還有另一種方法。本設計中的測試電路使用有源噪聲放大，無需外部濾波器。這種方法允許測試工程師以比所用測試夾具的分辨率小幾個數(shù)量級的THD測量。

當前的THD測試電路試圖使用無源放大技術(shù)來強制被測器件（DUT）進行自我校正。這種方法可以通過用小電阻負載端接失真信號來產(chǎn)生相當大的誤差。但是，生成準確數(shù)據(jù)的首選方法是隔離DUT并使用高阻抗緩沖器對其進行測量。這種方法需要對放大器輸出端的失真進行有源放大。圖1中的電路在增益級采用次級運算放大器來實現(xiàn)有源放大。

圖1.THD測試電路采用MAX9632寬帶運算放大器。

對于DUT的輸入信號，應使用具有相當?shù)蚑HD（至少-70dB）的可靠信號源。大多數(shù)頻譜分析儀源都在此范圍內(nèi)工作。輸入源在到達DUT之前會失真，因為信號源并不完美。盡管如此，如果使用低THD源，這種失真可以忽略不計。輸入信號通過DUT饋送，這會使信號失真。

DUT的輸出現(xiàn)在是輸入信號和DUT失真（SIG + DIST）乘以設置增益的組合。DUT可以根據(jù)數(shù)據(jù)手冊中的規(guī)格進行增益和加載。DUT負端的信號為SIG + DIST，沒有增益。該信號連接到次級放大器的正輸入端。

電路的輸出信號計算如下：

VOUT = IBUFFER × 100kΩ + VSIG = VDIST × 1000 + VSIG

次級放大器設置在較大的增益（1000V/V）中。但是，不是將增益設置電阻端接至地，而是端接至SIG。這允許放大失真（DIST），但不能放大輸入信號。因此，當以地為基準時，DUT的輸出是原始輸入信號加上次級增益乘以DUT的輸出失真。

圖2.該THD電路使用差分輸出來消除主諧波。

如果需要直接測量諧波，緩沖放大器上的差分放大器配置將消除大量主輸入信號（圖 2）。由于緩沖放大器電路的CMRR，一定量的信號仍將到達輸出，但是，該信號將被減小，從而不會影響放大失真的測量。

差分電路的輸出使用疊加計算：

VOUT_TOTAL = VOUT_SIG + VOUT_SIG + DIST

圖2中的電路使輸入信號上的任何微小失真無關(guān)緊要，因為它測量的是DUT的輸出和輸入之間的差異。輸入端的任何失真都將從次級增益級中消除。從IC獲取的任何信號都是通過緩沖放大器的高阻抗輸入完成的。該電路還有一個額外的好處：它可以在任何同相配置中設置 DUT，并且易于編輯以適應反相條件（圖 3）。

圖 3.反相配置中的 THD 電路。

審核編輯：郭婷