低頻諧波失真度儀設(shè)計(jì)

目前，測(cè)量失真度的儀器根據(jù)測(cè)量原理大致可分為二大類：基波剔除法和頻譜分析法。一般模擬式的失真度測(cè)量?jī)x都采用基波剔除，這種儀器測(cè)量的誤差較大;而頻譜分析法，則是利用頻率分析儀測(cè)量各次諧波的含量并計(jì)算出波形失真度的方法。它可分析測(cè)量出被測(cè)信號(hào)中的1～10次諧波分量。采用該方法較好地解決了超低頻率失真度的測(cè)量，缺點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，操作繁瑣。

　　1 測(cè)量原理

　　一個(gè)失真的周期振蕩信號(hào)電壓，除有基波電壓分量外，還有各次諧波分量存在，把周期失真的正弦信號(hào)展開(kāi)成傅立葉級(jí)數(shù)，可表示為：

　　其中，f(t)是一含有諧波失真的正弦波，A0＝上式中，A0/2為正弦波中直流分量，An為第n次諧波的振幅，n為失真正弦波中所含最高諧波次數(shù)，ω0為標(biāo)準(zhǔn)正弦波的角頻率，φn為第n次諧波相對(duì)于基波的初相角。

　　一般地，正弦波的失真是用失真度，即所有諧波能量之和與基波能量之比的平方根來(lái)表示的：

數(shù)為n次的失真度，只要求出各次諧波的幅值，就可計(jì)算出信號(hào)的失真度。在實(shí)際測(cè)量中由于實(shí)現(xiàn)困難，模擬失真度儀測(cè)量所測(cè)出的數(shù)值是各諧波電壓有效值和總的電壓有效值之比，

　　即

模擬失真度儀的原理框圖如圖1所示。

　　被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器后，首先直接進(jìn)入電子電壓表，測(cè)出其總電壓的有效值，并調(diào)至100。然后，信號(hào)通過(guò)濾波器，濾去基波成分，再次進(jìn)入電子電壓表，測(cè)出剔去基波后電壓的有效值，此時(shí)指示即為失真度。顯然，它只是失真度的近似值，必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)償。 　　基于FFT的失真度儀，采用頻域分析方法，通過(guò)計(jì)算傅立葉系數(shù)，C1、C2…Cn，最后得到失真度大小。

　　由失真度定義得：

　　基本方法就是通過(guò)傅立葉變換(FFT)，產(chǎn)生出信號(hào)的頻譜圖，根據(jù)頻譜含量的大小Cn，計(jì)算出失真度。此類分析需要頻譜分析儀和同步示波器。本文提出一種由虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的、基于FFT的失真度測(cè)量，該失真度測(cè)量?jī)x硬件原理如圖2所示。