ZHCADC1 November 2023 OPA1656

1 简介

在理想放大器电路中，运算放大器可以准确输出目标信号，而不改变相位或波形形状。

图 1-1 理想缓冲器放大器

快速傅里叶变换 (FFT) 用于将信号转换为其频谱分量，并提供信号的频率信息。图 1-2 展示了理想放大器输出中峰值振幅为 1V 的纯 1kHz 正弦波的 FFT。FFT 仅显示基频而不显示噪声。这是理想情况。除了 1kHz 基频之外，FFT 也没有显示其他频率分量，这表明放大器没有使输入信号失真。

图 1-2 1V 峰值振幅 1kHz 正弦波的理想 FFT

实际的放大器具有非线性特征和限制，它们会使输入信号失真，从而增加谐波和噪声，如图 1-3 中的 FFT 所示。FFT 是在配置为 1V/V 增益的放大器输出端进行的测量。Y 轴的单位为伏特均方根 (V_RMS)。放大器的输入信号是幅度为 6V_RMS 的 1kHz 正弦波。在图 1-3 中可以看到信号谐波，它们是 1kHz 基频的整数倍。信号谐波在 2kHz、
3kHz 和 4kHz 突出显示，但高阶信号谐波在 10kHz 以下也能看到。测试设备和电路电源连接到 120VAC（交流电压）60Hz 电源插座。FFT 中还包含 60Hz 电力线周期和 60Hz 整数倍的电力线频率。在音频电路中，60Hz 在耦合到信号链时通常被描述为听起来像嗡嗡声。

图 1-3 真实 FFT

总谐波失真加噪声是一种测量值，可提供电路准确输出输入信号的能力的品质因数。THD + N 是音频系统中的一个重要测量值。具有低 THD + N 的音频系统可以更准确地表达音频的声音效果。方程式 1 通过数学方法展示了 THD + N 定义为谐波功率测量值总和与基频功率之比。

方程式 1.

T H D + N (%) = 100 % \times \sqrt{\frac{\sum_{i = 2}^{\infty} ({V_{i}}^{2} + {V_{n}}^{2})}{{V_{f}}^{2}}}

其中：

V_i	基波第 i 次谐波的 RMS 电压 (i=2,3,4…)
V_n	电路的 RMS 噪声电压
V_f	基波的 RMS 电压