上一篇博客写了THD+N基本原理, 现在回顾一下THD+N 测量失真的基本原理,见下图。
下面揭秘: 该如何测量。
1 THD+N测量方法
进行THD+N测量时,我们先给系统送一个单一频率的正弦信号,称为基频(对应输出分解后的基波了),这时候会在频谱产生一些不需要的声音成分, 见下图。
各频率段 总谐波失真
由上图,很明显,用电压表测量这个正弦波幅度大小, 测量值基本上由基频的幅度决定, 因为基频同其他不需要的信号相比幅度要大很多。 输出来的信号然后送给一个窄带陷波滤波器以滤除 基频成分 , 第二次输出如图:
基频信号几乎完全滤除可以忽略不计算, 用电压表测量这个滤波后的信号,所得数值和第一次测量所得数值的比值就是测量的THD+N参数, 通常用%或dB表示。
Notice: 最后测量的结果是“宽带”的,因为测量到的噪声是某个频率范围内所有噪声的总和。基频的频率无需指定,因为有些设备在不同的基频上产生的谐波失真或大或小,但是其他的噪声成分则和基频频率无关。
2 THD+N 测量分析
(1) THD+N 随频率变化
有时候THD+N在一个频率范围内会非常稳定,却在某一个频率点突然跌落,给出一个非常低的读数。这说明THD+N的读数是由一个在那个频率点的特别的哼鸣或者干扰信号控制的。在用50或者60HZ做基频测量的时候常见这种情况。
例如, 你会看到如下图的一个THD+N扫描曲线。
如果你见到这个图,你立刻就会怀疑THD+N读数是由跌落频率点的一个特殊信号成分控制的。原因是陷波滤波器在滤除基频的时候也把这个与基频相同频率的主要的干扰信号也滤除了。
这一原理可以用来确认THD+N的主要干扰源。如果你怀疑某个频率点上有干扰源,就可以把这个频率点设为基频,进行THD+N测量。如果测量的结果比在其他基频点上测量的THD+N值小很多,那么就可以确定干扰频率正是在这个频率点上。
NOTICE : 有时候,相位抵消也会产生上图所示类似的扫描曲线。这是因为在跌落频率点上的失真信号和干扰信号的相位相抵消所引起的。但在多次运行扫描过程中,这些陷波会明显有区别或者消失,则可以判断有可能是相位抵消引起的 还是 上面所说干扰频率引起。
(2) THD+N随幅度变化
当基频幅度降低的时候,通常THD+N读数明显上升。即使设备在低幅度情况下没有产生更多的噪声和失真(也就是噪声和谐波失真基本不变情况下, 根据公式: 总谐波失真 = (高次谐波的均方根值/基波)x 100% 也就只有分母基波(就是基频)一个可变量了)。
或者说 该现象的产生是由于THD+N读数是滤波器前后的幅度之比。因为滤波器之后的读数主要是由于噪声、哼鸣或者干扰信号的幅度,与基频幅度无关(就是说 上面公式“高次谐波均方根值”不含有可变量 基频)。因此,基频幅度下降会引起计算出来的THD+N结果上升。
THD和幅度 关系 3点
1. 任何设备都有一个木底噪声, 如果基频幅度小于本底噪声,那么滤波信号 前后是一致的,分子分母比值就是1,这就是THD+N就是100%。
2. 所有设备都有一个最大允许幅度。如果基频大于这个幅度,设备将会产生消波,引起很大的失真。 几乎所有的设备都会在最大或最大幅度附近显示出一个很高的谐波失真读数。
3.
对于一 低失真的设备,图示的曲线中平坦的部分会变短甚至消失,(也就是你购买的这台设备本底噪声基本没有). 因为这时THD+N的值在各个频段主要由噪声决定。
(3) 什么信号起决定作用?
虽然THD+N中包含各种成分,但不是所有成分都对读数起作用。就象一个电压表在读数的时候,几个频率成分中幅度最高的分量起决定作用。
当比较2个不同的信号成分的时候,比如干扰音频和失真分量的时候,这一限制通常为10dB。如果一个分量比另外一个大10dB,则高的那个分量对幅度读数起主要作用。不过,如果有很多的小幅度分量的时候,他们的组合也可能起主要作用。例如,随机噪声对THD+N测量数值有可能有重要影响,虽然随机噪声在各个频率上的幅度远远小于其他分量。因为噪声存在于各个频率点上,每个频率点都对总读数有轻微的影响,综合起来的影响就可能很明显。
带宽选择
在THD+N测量里,带宽选择很重要,主要有2个原因:
本文章 摘自 网络牛人, 仅供学习之用。