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运算放大器偶次谐波失真问题?

我用OPA820+THS3001+THS3091搭一放大电路,Av = 40dB,当输入信号为10MHz,100mVpp正弦波时,产生较多偶次谐波,失真程度明显比1MHz时严重。
随着频率的升高,失真会越来越严重这个我知道,但是我觉得10MHz的时候失真太大了,从信号源的频谱可以看到,偶次谐波分量很少,但是经过放大之后,偶次谐波越来越多,最后都能看出波形存在失真了,如果我取消级间阻抗匹配(相当于减小运放负载)偶次谐波就没那么多了。我想知道,这偶次谐波失真是怎么出现的呢?

我首先排除了电源的问题,因为电源可以引入偶次谐波,所以我做了一个稳压源,用LM317+LM337做的,发现偶次谐波失真的现象没有改观,可以排除电源的问题。

示波器是泰克MDO3052,信号源是泰克TSG4104A

下图是放大器原理图:

OPA820阻抗匹配之后输出波形及频谱:

THS3001匹配之后输出波形及频谱:

THS3091输出波形及频谱:

信号源波形及频谱:

PCB:

user151383853:

从描述看, 好象是特定波段里的信号发送失真, 这不由得联想到带通/带阻类型的滤波器的特性.

KW X:

速输入阻抗偏高而寄生电容偏大;导致RC效应引起偶次失真。建议取消IC附近覆铜。

yannan zhang:

回复 KW X:

谢谢你的回答,我尝试更改PCB之后现象依旧,偶次谐波仍旧是那么大。

KW X:

回复 yannan zhang:

亲;你的示波器探头是啥样的?

yannan zhang:

回复 KW X:

我测试的时候尝试使用示波器探头和SMA-BNC连接线。

探头是示波器原装的,型号是TPP0500B,带宽500MHz,3.9pF/10MΩ。

测试的时候使用接地弹簧。如下图:

SMA-BNC线是这样的:

探头和SMA-BNC线的测试效果都一样。

KW X:

回复 yannan zhang:

亲;把末级输出的50欧对地电阻增加到75欧以上试试,看看谐波是否有变化。

yannan zhang:

回复 KW X:

因为这三级放大每一级都会引入偶次谐波失真,所以我尝试单级调试,待一级失真变小后再级联。

首先调试的就是OPA820,我发现如果不加负载50Ω电阻的话,失真比加负载要小,可以达到45dB。可是高频放大器常常要做阻抗匹配,如果不加这负载,就无法实现匹配。

曾经出现过不加级间匹配自激的情况,因此我觉得不加匹配不是好的电路设计方法。

yannan zhang:

回复 yannan zhang:

为了确定是不是我PCB布局布线的问题,我买了TI的DEM-OPA-SO-1A评估板。

焊上了OPA820,RF=470Ω,RG=27Ω。

下面是测试的波形图,使用+-5V供电

1M加负载频谱:

1M加负载波形:

1M未加负载频谱:

10M加负载频谱:

10M加负载波形:

10M未加负载频谱:

可以看到测试结果就是,也出现了偶次谐波失真,无论是否加负载(负载影响失真的大小)。

yannan zhang:

回复 yannan zhang:

然后我又更改了RG的大小,由27Ω->75Ω,发现失真减小很多,但仍可看到。

我又尝试在放大倍数不变的情况下提高输入信号幅度(输入输出仍处于合理范围内),发现失真程度会明显增加。

由此我觉得可能失真大小与运放带宽,放大倍数,及输入信号幅度大小有关。

我尝试级联OPA820+THS3001,OPA820输出失真很小,但是THS3001输出失真就比较大了,我猜想是THS3001输入信号幅度比较大(不能认为是小信号)

那么就又出现了一个问题,如果我要放大一个小信号到比较大的幅度,需要多级放大,很有可能第一级失真很小,但是第二级之后,由于输入信号幅度比较大,使得最后输出信号失真很严重,这个又如何解决?

Shizhong Tang1:

回复 yannan zhang:

THS3001是电流反馈型运放,据说电流反馈运放“精度不高”。以我的理解,电流反馈运放虽然带宽比较高,压摆率也大,但是个人感觉失真比较严重。我之前使用时也出现这个现象

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