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1、1,章节目录,8.1失真度仪简介,8.2失真度仪的应用,8.3实训,2,第8章 失真度仪,本章要点 基波抑制法 失真度仪的基本组成及原理框图 失真度仪的应用,3,8.1 失真度仪简介,纯正弦波信号通过电路后，如果该电路中存在非线性，则输出的信号中除包含原基波分量外，还会含有其他谐波分量，这就是电路产生的谐波失真，亦称非线性失真。谐波失真度最常用的测量方法有多种：是基波抑制法，大多数的失真度测量仪都是根据这个原理制成的。,4,8.1.1 失真度仪的组成及框图原理,1 失真度仪的基本结构 基波抑制法就是将被测信号中基波成分滤除，测量出所有谐波成分量总的有效值，再确定与被测信号总有效值相比的百分数即
2、失真度值。 失真度仪的基本结构是输入信号调节电路、基波抑制电路、转换开关和电子电压表。,5,图8-1失真度仪基本原理框图,8页,6,（1）谐波失真度的定义 信号失真的程度用谐波失真度表示。它的定义是全部谐波能量与基波能量之比的平方根。对于纯电阻负载，则定义为全部谐波电压（或电流）有效值与基波电压（或电流）有效值之比，即：,= （8-1）,上式中，U1为基波电压有效值；U2，U3，Un为各次谐波电压有效值；D0也可称为失真系数或失真度。,7,由上式中的基波电压很难单独得到。实际的基波抑制法测量，是用下式测量失真度的。即：,= （8-2）,上式表示，失真度D是谐波电压的总有效值与被测信号总有效值之
3、比。D0与D之间的关系为：,（8-3）,当D0=10%时，D0与D相差约0.5%；D0=20%时相差约2%。当失真小于10%时可以认为有D0=D。,14页,13页,8,（2）失真度测量的基本原理 如图8-1所示，失真度测量仪是由输入电路、滤波电路和电压表三个基本部分所组成的。 其中的滤波电路是用来滤除基波分量的。 当S 1时，被测信号总电压的有效值u；当S 2时，滤除基波分量后的电压有效值u 。因此，测量出u和u 就是测量信号的失真度。,图中的“校准电位器”起什么作用呢?为了让电压表的指示为一个确定的值，就是当S 1时让电压表的指示为1V(即100)，当S 2时，不动电位器，即可读出失真度。,
4、9,（3）几种常用的失真度测量仪 从表8-1中可以看出，失真度测量仪的主要技术性能，频率范围和能够测的失真度范围。 表中的失真度测量仪叫“点频失真仪”。 “点频”是指在某一个频率时，输出信号的失真情况。 “立体声失真度测量仪”所选的“点频” 只有400Hz和lkHz，这是因为人耳对该频率及其附近的频率较敏感。,10,11,3 DF4120A同步失真度仪（1）DF4120同步失真度仪原理框图DF4210型同步失真度仪是采用集成电路的仪器。它具有测试精度高、信号源失真小、操作方便、性能可靠等特点。它主要是用来测量音频信号及各种音频设备的非线性失真，又可作为超低失真音频信号发生器和音频电压表使用，并
5、能对放大器及各种音频设备进行信噪比和频率特性的测试。DF4210同步失真度仪的原理框图如图8-2所示。,12,图8-2 DF4210同步失真度仪的原理框图。,13,（2）DF4120同步失真度仪的基本原理DF4120同步失真度仪的电路如图8-2。失真度测量原理：在测量失真度时，输入被测信号经过输入电路至自动电平调整电路，在此稳定输出1V，并送至桥T型基波抑制器，在这里把测量信号的基波分量抑制掉，保留所有谐波成分，然后通过表头电路测其大小，该大小则为被测信号的失真度。当失真度小于10%时，D0=D，当失真度大于10%时，应按（8-3）式作修正。下面介绍各部分电路。,14, 输入电路：一个高输入阻
6、抗的跟随器，以减少对输入衰减器的影响；输入端接有过压保护电路。 自动电平调整电路 输入被测信号经衰减以后，使其送至自动电平调整电路的电压约为100 316mV，在该电压范围内，自动电平调整电路能自动调整可变衰减器中的光敏电阻值，使电路稳定输出1V，则使(8-2)式分母为1。,15, 桥T型基波抑制器桥T型基波抑制器由无源桥T型网络、基波抑制运放、谐波正反馈跟随器、中和电路四个部分组成。,图8-3 无源桥T型网络,16,图8-3 网络的基波抑制频率f = 当Cl=10C2时，其基波抑制量约为16dB，二次谐波衰减约为60%，显然不可能满足失真仪要求。 为了满足失真仪对基波抑制量和谐波衰减的要求，
7、因此加入一个有源的基波抑制运放和一个谐波正反馈跟随器。 电容中和电路是用来减少无源桥T型网络输出端分布电容的影响。,17, 频率自动调谐控制电路失真度测量频率粗调，是由失真仪面板的频段开关和频率数值开关设定完成的。失真度测量频率微调则是由频率自动调谐控制电路进行的。频率自动调谐控制分为相位误差控制和幅度误差控制。相位误差控制幅度误差控制,18, 滤波器电路 本仪器有这三个滤波器：400Hz高通滤波器、30kHz和80kHz低通滤波器。 滤波器主要用来滤除交流电源哼声和高频白噪声，以保证小失真度测试精度。,19, 表头电路 失真度测量时，来自基波抑制器的失真度电压和电平测量时来自电压放大器的电压
8、，在表头电路中进行放大约300倍，然后用均值检波器变成直流推动表头指示。 均值检波前交流信号同时送至面板上的示波器插座，可以接示波器观察谐波失真成份。 电路中有一个约4V的限幅电路，同时表头采用毫伏表，具有较大过载能力，测量中不必为表头短暂打针而惊慌。,20, 电平判别电路 自动电平调整系统有一个作用范围，超过该范围，自动电平调整电路就不能稳定输出1V。 为了保证失真度测量正确，用一个电平判别电路来判断输入电压是否在自动电平调整作用范围内。 输入电压过大，过压的指示灯亮，输入电压过小，欠压的指示灯亮，在此范围内，二灯均熄灭。,21, 振荡器 如图8-4，振荡频率决定于桥型的滤波网络，式中取C2
9、=100C1，C1C2由面板频段开关设定，R阻值由面板频率数值开关设定。 振荡器的输出幅度、起振情况由R1和R2的比值决定，并由幅度控制电路调整。幅度控制电路监视振荡器的输出，并与一个参考电平比较，产生一个误差信号，经积分器后改变场效应管的等效电阻R0，控制振荡器正反馈强弱。,22,图8-4振荡器电路简化框图,23,8.1.2 失真度仪的误差,1理论误差理论误差是系统误差，可予以纠正。2基波抑制度不高引起的误差谐波电压增加量高于含有基波在内的测量值而引进的误差。3电平调节和电压表的指示误差电压表的指示值校准电平调节有误差或电压表指示值有误差，都将影响最后的测量结果。,24,8.2 失真度仪的应
10、用,8.2.1 主要技术参数,1失真度测量（1）测量频率范围：10Hz109kHz分四个频段。（2）失真度测量范围： 20Hz 20kHz，0.01% 30% 10Hz109kHz，0.03% 30% （3）失真度测量误差： 300Hz5kHz，不大于满度值的7% 0.01% 20Hz 20kHz，不大于满度值的10% 0.015% 10Hz 109kHz，不大于满度值的30% 0.025%,25,（4）机内引入失真： 300Hz 5kHz，不大于0.015% 20Hz 20kHz，不大于0.025% 10Hz 109kHz，不大于0.035%（5）输入电压自动调整范围：大于10dB（6）失真
11、度最小可测电压：100 mV2电压测量 400Hz 高通，30kHz低通，在失真度0.03%档时均接入。 在失真度0.03%档，档基波频率大于10kHz，接入400Hz高通和80kHz低通，当基波频率小于300Hz时，只接30kHz低通。,26,（1）电压测量范围：300V 100V分十一个量程（欲测100V300V电压，另配一个衰减器附件）。（2）电压测量基本误差：不大于满度值的5%（1kHz）（3）电压频率附加误差：20Hz 50kHz，不大于0.5dB5Hz 300kHz，不大于1dB（4）电压噪声底度：不大于50V（5）最大可测信噪比110dB,27,3失真仪输入阻抗：100k2%，输
12、入电容不大于100pF4振荡器（1）振荡频率：10Hz 109kHz（2）频率示值误差：不大于0.05fo，1Hz（3）非线性失真 300Hz 5kHz，不大于0.005%20Hz20kHz，不大于0.015% 10Hz109kHz，不大于0.07%（4）最大输出电压：大于3Vrms（开路）（5）最大输出电压频率不均匀性100Hz 10kHz，少于0. 5 dB 10Hz 109kHz，少于1 dB（6）输出阻抗：600,28,8.2.2 使用方法,1 DF4120A同步失真度仪面板结构（1）电源指示灯：指示电源接通与否，灯亮接通，灯灭电源断。（2）电源开关：控制电源通断，直键按下接通，抬键电
13、源断。（3）测量表头：与测量量程配合，可读出失真度和电压等大小。（4）输入量程以l0dB跳步衰减输入信号。（5）过欠压指示：输入电压过大时，左边指示灯亮，输入电压过小时，右边指示灯亮。（6）频段开关：改变失真度测量和振荡器工作频率的频段。,31页,29,（7）频率数值开关(一)：改变失真度测量和振荡器工作频率的前面一位数。（8）频率调谐指示：当测量信号频率相对失真仪工作频率过低时，左边指示灯亮，当测量信号频率相对失真仪工作频率过高时，右边指示灯亮，正确调谐两指示灯均灭。（9）频率数值开关(二)：改变失真度测量和振荡器工作频率的后面一位数。（10）频率微调：对振荡器频率起微调作用，当其处在“关”
14、位置时，振荡器频率就由频段开关和频率数值开关决定，当频率微调旋钮打开后，随着旋钮向右，振荡器频率逐渐增加。（11）振荡器输出：振荡器输出电压由此送出。,31页,30,（15）功能开关：选择失真仪的工作种类。（16）测量输入：被测信号由此送入。（17）相对调节功能开关在“相对电平”位时应用，当需要测量放大器的信噪比或频率特性，而被测信号表头指示不满度时，可通过调节它使表头指示满度，便于读出电平的相对值。（18）滤波器：测量小失真度信号时，根据被测信号的工作频率接入相应的滤波器，按键则接入，抬键则断开。（19）示波器插座：当需要观察被测信号的谐波波形时，可以从这里接至示波器。,31,图8-5 DF
15、4120A同步失真度仪面板图,28页,29页,32,2DF44120A同步失真度仪的使用方法接通电源，予热1015min；所有量程开关置最左位；频率微调开关置“关”位和滤波器按健全部抬键。（1）失真度测量 失真仪的功能开关置“失真度”位； 利用机内信号源。 根据工作频率，放置好失真仪的频率波段开关和频率数值开关，仪器连接如图8-6所示。,图8-6 失真度同步测量连接图,33,根据被测设备设置振荡器输出衰减器，调整振荡器输出电平； 根据被测音频设备输出大小适当放置失真度输入量程，使过欠压指示灯均熄灭； 逐步向右转动失真度量程，使表头指示于最便于读数的位置； 根据表头读数结合失真度量程就可测得失真度Ki； 如果振荡器输出信号的非线性失真度为Ci，则被测音频设备的非线性失真为K K= (8-5) 为了提高小失真度测量下限及测试精度，根据工作频率接入相应的高低通滤波器。,
