ZHCADC1 November 2023 OPA1656

3 如何测量运算放大器的 THD + N

运算放大器失真可视为一种内部误差源，可通过观察输入失调电压 V_os 的变化以及 V_os 的这些变化如何改变目标信号 V_in 来测量。放大器的 V_os 是反相输入和同相输入之间的差值。在放大器的线性区域内工作时，V_os 的波动很小。可直接或间接导致运算放大器输入 (V_os) 发生变化的示例包括但不限于温漂、共模和电源电压波动、压摆率以及开环增益 (A_ol) 下降。A_ol 与频率相关。忽略 A_ol 频率相关性，方程式 2 展示了 V_os、V_out 和 A_ol 之间的关系。

方程式 2.

A_{o l} = \frac{∆ V_{o u t}}{∆ V_{o s}}

方程式 3 可通过重新排列方程式 2 得到。从方程式 3 中可以观察出两点， ${∆ V_{o s}}_{} = 0 V |_{A_{o l} \to \infty}$ 和 ${∆ V_{o s}}_{} = \infty |_{A_{o l} \to 0}$ .这些观察结果表明，A_ol 负责纠正放大器误差。具有高开环增益的器件产生的 V_os 误差较小。理论上，运算放大器的虚拟短路是指反相和同相端的电势相等，即使它们之间没有连接。以下各节在应用叠加原理时将使用 ${∆ V_{o s}}_{} = 0 V |_{A_{o l} \to \infty}$ 这一假设。

方程式 3.

∆ V_{o s} = \frac{∆ V_{o u t}}{A_{o l}}

TI 精密运算放大器产生的失真通常低于市售失真分析仪的测量限值。不过，可以使用特殊的测试电路来扩展测量功能。
图 3-1 展示了一个将运算放大器失真放大到比运算放大器正常产生的失真高出约 $101 \frac{V}{V}$ 倍（约 40dB）的电路。图 3-2 展示了 OPA1656 的 THD + N 低于失真分析仪的理论本底噪声。测试电路的目的是将运算放大器的 THD + N 增益到失真分析仪本底噪声之上，以测量运算放大器的真实性能。在原本标准同相缓冲器放大器配置中加入 R_A 会改变电路的反馈系数或噪声增益。闭环信号增益 A_CL 保持不变，但可用于纠错的反馈降低了 $101 \frac{V}{V}$ ，使分辨率提高了 $101 \frac{V}{V}$ 或 40dB。有关更多详细信息，请参阅节 6。请注意，应用于运算放大器的输入信号和负载与无 R_A 的传统反馈相同。改变噪声增益时，可以考虑放大器的增益带宽积 (GBW)。设计测试电路噪声增益时，可以使用实用指南。如果放大器 GBW 为 10MHz 或更高，则可以使用的噪声增益为 $101 \frac{V}{V}$ 。GBW 小于 10MHz 的放大器可以使用的噪声增益为 $11 \frac{V}{V}$ 。R_A 值保持较小，以尽量减少对失真测量和外来热噪声的影响。