使用HMO示波器测量总谐波失真

　　惠美HMO1024示波器具有64K点的FFT分析能力，本文举实例来说明用HMO系列示波器直接测试总谐波失真（THD）。

　　什么是THD?

　　由于元件的非线性特性，非线性失真通常发生在信号通过系统时的传输过程中。例如：当发送一个正弦波音频信号（频率定义为f1=1kHz）通过一个放大器后，在输出端测得的正弦波将或多或少有一定的失真，表明放大器是非线性的。总谐波失真或THD是可量化的失真量。既然我们不可能实现一个绝对理想的线性系统，这使得非线性系统的质量分析尤其重要。

　　时间信号和频谱

　　如果一个系统完全是线性和理想状态，输入的正弦波在系统输出端不会出现失真并且会同频率输出，两个正弦波除了振幅外都将保持原来的形状，这意味是一个线性和时间不变的系统（LTI系统）。

　　然而，实际上正弦波在输出端会出现失真，这些失真不仅包括基频(f1),还包括谐波所造成的失真。这些谐波是基频的整数倍，我们可以从输出信号的频谱来确定THD。

　　怎样计算总谐波失真？

　　简单的说，总谐波失真是基于基频的谐波比值来计算。谐波分量由高次谐波的有效值组成（不包括基频f1)，如果电压有效值可用，可以很容易地计算出总谐波失真：

　　THD测量:过去和现在

　　几十年来，THD已成为放大器高保真技术评估中的一个重要方面。根据公式，可以推断，它足以识别所有谐波的电压有效值，为了确定系统的THD。过去，为了测量有效值，采用模拟失真度测量桥，该桥包括一个在放大器输入端上已激活的信号发生器、放大器本身、频率特性曲线下凹的滤波器（阶式滤波器）和电压表。通过开关连续测量谐波或AC分量，实现连接或断开阶式滤波器。该过程所需的阶式滤波器的频率精度要求特别高，信号发生器的频率必须对应于滤波器的本振。

　　如今，人们常用数字失真测量桥，它包括一个产生本振的信号发生器、被测设备（DUT）和进行频谱显示的FFT分析仪。与此设置相对应，直接从频谱上就可识别有效值，包括每个单独谐波的失真系数，然后，可通过上面的公式计算失真系数。经典的模拟测量桥通常需要通过一个带通滤波的阶式滤波器切换很麻烦地识别各次谐波。相比之下，一个FFT分析仪无需费劲就可直接识别各次谐波的影响。

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