总谐波失真测试电路无需外部滤波器

本应用笔记介绍了一个总谐波失真（THD）测试电路，该电路使用有源噪声放大来消除对昂贵且通常效率低下的外部滤波器的需求。该电路还可以在比所用测试夹具的分辨率低几个数量级的情况下测量THD。

测量尖端放大器的低频（低于100kHz）总谐波失真（THD）存在几个问题。当放大器设计的THD额定值远低于大多数测试设备时，会出现最困难的问题。这个问题通常迫使工程师使用昂贵且通常效率低下的外部滤波器进行设计，并使用高端测试夹具。

还有另一种方法。本设计中的测试电路使用有源噪声放大，无需外部滤波器。这种方法允许测试工程师以比所用测试夹具的分辨率小几个数量级的THD测量。

当前的THD测试电路试图使用无源放大技术来强制被测器件（DUT）进行自我校正。这种方法可以通过用小电阻负载端接失真信号来产生相当大的误差。但是，生成准确数据的首选方法是隔离DUT并使用高阻抗缓冲器对其进行测量。这种方法需要对放大器输出端的失真进行有源放大。图1中的电路在增益级采用次级运算放大器来实现有源放大。

图1.THD测试电路采用MAX9632宽带运算放大器。

对于DUT的输入信号，应使用具有相当低THD（至少-70dB）的可靠信号源。大多数频谱分析仪源都在此范围内工作。输入源在到达DUT之前会失真，因为信号源并不完美。尽管如此，如果使用低THD源，这种失真可以忽略不计。输入信号通过DUT馈送，这会使信号失真。

DUT的输出现在是输入信号和DUT失真（SIG + DIST）乘以设置增益的组合。DUT可以根据数据手册中的规格进行增益和加载。DUT负端的信号为SIG + DIST，没有增益。该信号连接到次级放大器的正输入端。

电路的输出信号计算如下：

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

次级放大器设置在较大的增益（1000V/V）中。但是，不是将增益设置电阻端接至地，而是端接至SIG。这允许放大失真（DIST），但不能放大输入信号。因此，当以地为基准时，DUT的输出是原始输入信号加上次级增益乘以DUT的输出失真。

图2.该THD电路使用差分输出来消除主谐波。

如果需要直接测量谐波，缓冲放大器上的差分放大器配置将消除大量主输入信号（图 2）。由于缓冲放大器电路的CMRR，一定量的信号仍将到达输出，但是，该信号将被减小，从而不会影响放大失真的测量。

差分电路的输出使用叠加计算：

VOUT_TOTAL = VOUT_SIG + VOUT_SIG + DIST

图2中的电路使输入信号上的任何微小失真无关紧要，因为它测量的是DUT的输出和输入之间的差异。输入端的任何失真都将从次级增益级中消除。从IC获取的任何信号都是通过缓冲放大器的高阻抗输入完成的。该电路还有一个额外的好处：它可以在任何同相配置中设置 DUT，并且易于编辑以适应反相条件（图 3）。

图 3.反相配置中的 THD 电路。

审核编辑：郭婷