儀表放大器簡(jiǎn)化音頻失真測(cè)試

所有音頻分量的關(guān)鍵測(cè)量是失真，通常標(biāo)定為總諧波失真（THD）或總諧波失真+噪聲（THD+N）。THE定義為：
THD（dB）=20Log
其中：
f1=基頻幅度
f2=2次諧波幅度
f3=3次諧波幅度
f4=4次諧波幅度
fn=n次諧波幅度（＜20KHz）
THD+N是所有頻率分量（高達(dá)20KHz）除以基頻振幅的rms（均方根值）和。
然而，測(cè)量失真是件困難的任務(wù)，特別是數(shù)值大于90dB更困難。頻率源純度必須超過(guò)所希望的測(cè)量。加上，分析儀噪聲和動(dòng)態(tài)范圍可能限制所實(shí)現(xiàn)的分辨率。
THD測(cè)量的通常方法示于圖1。1KHz正弦波通過(guò)1個(gè)低通濾波器以衰減大于1KHz的信號(hào)源諧波。為了計(jì)算測(cè)量正弦波基頻的幅度并做為參考電平存儲(chǔ)。被濾波的信號(hào)加到被測(cè)器件，被測(cè)器件輸出經(jīng)帶抑制（陷波）濾波器，去除基頻分量。因此，剩余的失真分量具有非常小的總動(dòng)態(tài)范圍。最后，放大信號(hào)并用頻譜分析儀或數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。在增益校正后，可以測(cè)量和計(jì)算THD。
這是一個(gè)有效的方法，但存在一些固有缺點(diǎn)。最后THD僅在濾波源時(shí)才良好。另外，濾波器必須不引入它們本身的諧波失真和噪聲分量。而且，陷波濾波器必須避免衰減2次諧波或把此誤差定標(biāo)正確。
圖2示出一種更簡(jiǎn)單方法。此方法利用低失真儀表放大器的特性。這種器件是差分輸入，單端輸出元件，去掉和簡(jiǎn)化了輸入之間的差別。單片INA系列儀表放大器具有良好的電阻器匹配，因此具有良好的增益誤差和共模抑制。加上，用外部電阻器容易實(shí)現(xiàn)增益的寬范圍。低噪聲和低失真的特性是專門為音頻應(yīng)用設(shè)計(jì)的，如INA217。
未濾波的1KHz參考信號(hào)加到INA非倒相輸入，同一信號(hào)也加到DUT，而DUT輸出連接到INA倒相輸入。因?yàn)閮x表放大器在1KHz具有良好的共模抑制，（一般大于80dB），通常信號(hào)源分量和DUT輸出做相應(yīng)衰減。
因?yàn)樵?KHz的大部分信號(hào)幅度被去除，所以，僅來(lái)自DUT的剩余差分信號(hào)可以放大到所需要的增益（一般40dB左右）并輸出到頻譜分析儀，這在系統(tǒng)噪聲底值以上提高信號(hào)40dBINA增益。
同樣的40dB增益也使分辨率提高。而且，參考正弦波純度不影響結(jié)果，信號(hào)源失真分量對(duì)兩個(gè)輸入是共同的并被INA抑制。在此不需要濾波器。
圖1、THD測(cè)量的一般方法需要低通濾波器來(lái)衰減函數(shù)發(fā)生器的諧波和帶抑制濾波器來(lái)降低基頻振幅
圖2、用儀表放大器簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，不需要濾波器