part-21 总谐波失真THD

这部分讲讲总谐波失真。其实不只有总谐波失真，还有谐波失真，总谐波失真和噪声（THD+N），都是评价运放在谐波失真方面的重要参数。

运放的总谐波失真THD是当运放的输入信号为纯正正弦波（即无谐波的正弦波）时，运放的输入信号中的各次谐波（2次，3次。。。n次）的均方根值与输出信号基波的RMS值之比。定义如下：

其实际测试时，n一般取6，这是因为谐波的幅值随着谐波阶次的增加而快速降低。六次以上的谐波只占总谐波的特别小一部分。

运放的总谐波失真加噪声很好理解，就是上式分子再加噪声的RMS值就可以了，定义如下：

式中的Vnoise是指可测量带宽内的噪声RMS值。

很多厂家的运放datasheet中，标出的THD其实是指THD+N，这是因为大部分测试系统并没有区分与信号相关的谐波和其他噪声信号。

这里说明一下：一般在音频系统中，THD用百分比表示；在通信系统中用dB表示。

THD的测试方法，一般是将输入信号的基波频率，用窄带滤波器滤除，然后测试其余信号成分（包括谐波和噪声）常用的测量音频THD的仪器为Audio Precision。

下面再说一下运放datasheet常出现的曲线图，运放的THD+N是与放大电路的闭环增益相关的。增益越高，THD+N越高。这是因为在闭环增益提高时，放大电路的环路增益会随之降低，使得运放对非线性误差的纠正能力下降，这是谐波失真的真正原因，也就是说是由于内部器件或多或少的非线性效应导致了谐波失真。

datasheet表中的THD+N值是在增益为1的放大电路中测试的。因此这是一个非常好的值，当我们设计的电路放大倍数增大时，实际THD+N值会恶化。

还有一点就是，现在许多运放都是轨至轨输入输出的，一般都标称能达到离运放电源轨10mV左右。但会有一个问题，当信号在接近电源轨时，受非线性效应的响应，信号THD+N值还是会恶化，因此要想保持好的THD+N值，尽量让输出不要太接近电源轨。

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