放大器失真详细介绍

图153 高频放大器用二次和三次谐波分量的具体值 表示失真
问：什么是两个单一频率互调分量?它与谐波失真有何差别?

答：当两个单一频率信号都被加到同一个非线性放大器时，由于非线性作用使两 个信 号相互调制，把产生互调失真(IMD)形成的一些新频率的输出功率称作互调分量。设两个音 频频率为f1和f2，且f2＞f1，则2阶和3阶互调分量具有以下频率：
2阶：f1+f2,f2-f1
3阶：2f1+f2,2f2+f1,2f2-f1,2f1-f2
如果两个频率相当接近，则差频形式的3阶IMD分量2f2-f1和2f1-f2会出现特别 麻烦，因为如图154所示，用滤波器滤掉它们是很困难的。注意其它的2阶和3阶I MD 分量大致位于高频端或低频端(如果仅对f1和f2邻近频率感兴趣)，可以把它们滤掉。 两个单一频率的互调失真指标在射频应用中特别重要，它主要和通信接收机的设计有关。I MD分量能够在有大信号的情况下屏蔽掉小信号。虽然很少对工作在1 MHz以下的运算放大器 规定IMD，但现在许多直流运算放大器都是宽带型的，它完全能够工作

图154 当两个音频相当接近，滤掉2f2-f1和2f 1-f2很困难
在射频范围。因此对于快速运算放大器一般都注意IMD指标。

问：什么是2阶和3阶交点?它们的含意如何?
答：通常它们与射频的应用有关，这些指标提供了表征放大器的IMD性能的质量 因数。交点功率越大，使IMD变大的输入电平越高，所以在给定的信号电平条件下IMD就越低 。
它是这样推导出来的：把两个在频谱上很纯的信号加到同一个放大器上。这里给出 (及外推出)单一频率信号输出功率(用dBm表示)以及2阶和3阶分量(相对单一频率)的相对幅 值与输入信号功率的函数曲线，见图155。

假如你经过数学分析发现：如果放大器的非线性可以用一个简单的幂级数展开来近以 表示，那么输入信号每增加1 dB，2阶IMD幅值会增加2 dB。同样，输入信号每增 加1 dB，3阶IMD幅值会增加3 dB。如果从低电平的两个单一频率输入信号开始，并且只取几 个IMD的数据点，你就能画(或外推)出2阶和3阶IMD的直线，如图155所示。

输出信号超过一定程度开始逐渐饱和，同时IMD分量明显增加。假设你延长2阶和3阶IMD 直线，它们将与输出彩淙胫毕叩难映は呦嘟唬这2个交点被称为2阶交点和3阶交点(second and thirdorder intercept points)。与这些 交点相对应的投影在纵轴上的输出功率值通常可为放大器输出功率提供基准，用dBm表示。

因为已知3阶IMD的幅值斜率(3 dB/dB)，假如它的交点也知道，那么可以估计出任何输入( 或输出)电平的3阶IMD分量。对于高阶交点，直线向右移(斜率相同)，图15.5中示出的是对 于给定输入电平对应较低的3阶分量。

许多射频混频器和放大模块都有50 Ω的输入和输出阻抗。输出功率就是器件传输到50 Ω负载上的功率。输出功率可以这样计算：输出电压有效值VO的平方除以负载电阻RL 。输出功率换算为dBm形式的公式为：
输出功率=10log 10 V2ORL1mW dBm
另一方面，由于运算放大器输出阻抗很低，所以对于大多数的射频应用来说，必须把运 放的 输出作为信号源接到负载端。按照上述公式通过计算可以看出实际运放输出功率 必须比传输到负载上的功率高3 dB。在这类应用中习惯上根据实际传输到50 Ω负 载上的功 率而不是 用实际运算放大器的输出功率来定义IMD分量。

另一个值得感兴趣的参数是1 dB压缩点(1dB compression point)，见图155。在这 点输出信号已开始受到限制并且相对理想的输入彩涑銮线衰减1 dB。

图156是AD9620缓冲放大器的3阶交点功率(thirdorder intercept power)与输入 频率的关系 曲线。图中的数据用来近似表示在各种频率和信号电平下