ZHCADC1 November   2023 OPA1656

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
  5. 2违反线性工作范围
  6. 3如何测量运算放大器的 THD + N
    1. 3.1 同相测量
    2. 3.2 反相测量
    3. 3.3 观察结果
    4. 3.4 解读 THD + N 曲线
  7. 4总结
  8. 5参考文献
  9. 6附录

同相测量

图 3-1 展示了用于测量同相缓冲器放大器配置的 THD + N 的测试电路。放大器的输入信号 Vin 由发生器输出提供。输入失调电压 Vos 和输入电压噪声 Vn 是运算放大器内部的串联误差源。Vos 和 Vn 始终指同相端,并且被放大器配置的噪声增益放大。提到
THD + N 测量时,噪声增益有时称为失真增益或 THD + N 增益,且不等于信号增益。

GUID-20230927-SS0I-XSLQ-KKMW-CJXNHQ29HKSK-low.svg图 3-1 同相缓冲器失真测试电路
GUID-20231011-SS0I-1H7M-VBGR-TRL2NKJXMJQ1-low.svg图 3-2 运算放大器 THD + N 增益到高于失真分析仪本底噪声

叠加用于推导出信号增益和失真增益的单独公式。假设输入失调电压 Vos = 0V,噪声电压 Vn = 0V,电流 iRA = 0A,则图 3-1 所示的放大器配置可视为缓冲器,如图 3-3 所示。因此,信号增益为 1   V V ,输出电压等于输入电压,如方程式 4 所述。移除电阻 RA 时,假定虚拟短路的概念。应用虚拟短路的概念时,反相端和同相端上的电阻 RA 两端的电势相等,因此 iRA = 0A,RA 被视为开路。

GUID-20230928-SS0I-GX4N-C0K8-MTKQ7HCFCF2P-low.svg图 3-3 信号增益
方程式 4. V o u t   =   V i n

假设放大器的输入信号 Vin = 0V,则该放大器可视为在同相端施加电压 Vos + Vn 的标准同相放大器,如图 3-4 所示。因此,输出端会出现 Vos + Vn,按照我们熟悉的同相增益公式(即 1 加上电阻 RF 与电阻 RA 之比)进行放大。方程式 5 描述了 THD + N 增益。

GUID-20230928-SS0I-HPX2-5GNS-CRPCBGBFTSQ6-low.svg图 3-4 THD + N 增益
方程式 5. V o u t   = V o s   +   V n R F R A   +   1

图 3-1 所示测试电路的输出上观察到的信号是 Vin、Vn 和 Vos 的放大组合。将方程式 4方程式 5 相结合,得出方程式 6,即图 3-1 所示测试电路的最终增益公式。

方程式 6. V o u t   =   V i n   +   V o s   +   V n R F R A   +   1

典型的同相缓冲器应用电路不包括附加电阻 RA。电阻 RA 添加到测试电路中用于提供额外的增益,从而克服信号分析仪的测量限制。表 3-2 为电阻 RF 和 RA 分配值,得出测试电路和应用电路的增益值。分配表 3-2 中的电阻值时,THD + N 增益为 101   V V (有附加 RA 电阻)。在典型的同相缓冲器电路中,RA = ,或者换句话说就是不存在,且 THD + N 增益为 1   V V 。因此,RA 额外增加了 101   V V 或大约 40dB 的失真增益。

表 3-1 测试电路和应用电路增益值
条件 信号增益 THD + N 增益 RF RA
有 RA 的信号和 THD + N 增益 1   V V 101   V V 10kΩ 100Ω
无 RA 的信号和 THD + N 增益 1   V V 1   V V 10kΩ

图 3-5 展示了测得的 OPA1656 的 THD + N 比,单位为分贝。从测试电路测量值中减去 40dB,代表同相缓冲器电路的实际运算放大器 THD + N。对于本应用手册中进行的测量,失真分析仪的测量带宽为 80kHz。

GUID-20230919-SS0I-V5LX-9HTT-WQRGT1P60GWX-low.svg图 3-5 同相缓冲器失真测量:输出参考

放大器数据表通常以百分比的形式表示 THD + N 比。方程式 7 用于将测量的 THD + N 比从 dB 转换为百分比。

方程式 7. T H D   +   N   ( % )   =   100   ×   10 T H D   +   N   ( d B ) 20

图 3-6 展示了常见同相缓冲器配置的 THD + N (%) 比与输出振幅 (VRMS) 间的关系。当输出振幅从 0.1VRMS 扫至 10VRMS 时,对 1kHz 和 20kHz 频率进行了两次独立测量。

GUID-20230919-SS0I-HJ6F-DHRF-7FSWMNQ5V4XQ-low.svg图 3-6 同相缓冲器 THD + N (%) 比与输出振幅间的关系