Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2012
Ken Mendez, Maxim Integrated Products
EDN
Измерение полного коэффициента нелинейных искажений (total harmonic distortion – THD) на частотах ниже 100 кГц является проблематичным, поскольку современные усилители имеют THD намного меньший, чем THD большинства измерительных приборов. В предлагаемой схеме производится активное усиление шума, благодаря чему отпадает необходимость во внешних фильтрах. Это позволяет измерять THD с уровнями на несколько порядков меньшими, чем разрешающая способность используемого оборудования.
Во многих тестовых схемах для измерения THD используются методы пассивного усиления с применением дополнительных фильтров. При этом резистивная нагрузка может быть источником значительной ошибки. Для повышения точности желательно изолировать тестируемый усилитель (ТУ) с помощью высокоимпедансного буфера. С этой целью к выходу ТУ подключают дополнительный усилитель (Рисунок 1). THD входного сигнала должен быть не хуже −70 дБ. Пройдя через ТУ, этот сигнал подвергнется искажениям. На выходе ТУ будет комбинация входного сигнала и внесенных искажений, умноженная на коэффициент усиления ТУ. Усиление и сопротивление нагрузки ТУ надо выбирать в соответствии со значениями, приведенными в справочных данных.
 |
|
| Рисунок 1. | В схеме для измерения полного коэффициента нелинейных искажений используется дополнительный широкополосный операционный усилитель. |
Сигнал на инвертирующем входе ТУ представляет собой неусиленную сумму входного сигнала и искажений. Соедините этот узел с инвертирующим входом дополнительного усилителя. Выходное напряжение можно рассчитать с помощью следующих выражений, подставив в них номиналы используемых в схеме компонентов:
В приведенных выше и последующих выражениях нижние индексы переменных означают следующее:
- BUFFER – буферный (дополнительный) усилитель,
- SIG – входной сигнал,
- DIST – искажения,
- OUT – выход дополнительного усилителя,
- OUTTOTAL – суммарный выходной сигнал дополнительного усилителя,
- OUTSIG – выходной сигнал дополнительного усилителя без учета искажений.
Для обнаружения слабых искажений коэффициент усиления дополнительного усилителя нужно сделать равным 1000 и соединить задающий усиление резистор с входом сигнала. Это позволит усиливать только искажения, оставляя без изменения амплитуду входного сигнала. Следовательно, относительно «земли» на выходе схемы будет оригинальный входной сигнал плюс усиленные дополнительным усилителем искажения исследуемого усилителя.
 |
|
| Рисунок 2. | Чтобы не пропускать входной сигнал на выход измерительной схемы дополнительный усилитель включают по дифференциальной схеме. |
Дифференциальное включение дополнительного усилителя позволит вычесть входной сигнал из выходного сигнала схемы (Рисунок 2). Некоторая доля входного сигнала все же пройдет на выход из-за конечного значения коэффициента подавления синфазного сигнала (common-mode rejection ratio – CMRR). Однако сигнал уменьшается настолько, что не оказывает влияния на измерение искажений усилителя. Уменьшить влияние CMRR можно точным согласованием входного резистора и резистора обратной связи. Выходное напряжение этой дифференциальной схемы можно рассчитать, используя суперпозицию следующих выражений:
Поскольку схема измеряет разность между выходом и входом исследуемого усилителя, вносимые ею во входной сигнал небольшие искажения не имеют значения. Схема удаляет из второго каскада усиления любые искажения на входе. Для измерений в инвертирующем усилителе схему можно модифицировать в соответствии с Рисунком 3.
 |
|
| Рисунок 3. | Изменив изображенные на Рисунках 1 и 2 схемы, можно измерять нелинейные искажения при инвертирующем включении тестируемого усилителя. |
