[科普中国]-波形失真率

定义

波形参数中最主要的是失真，它是指实际信号相对于理想信号的变异程度，是一个相对比值。失真有线性失真和非线性失真两种，通常是指非线性失真1。

失真度的定义主要针对正弦波形式给出，它的假设理想正弦只有单一的基波频率信息分量，其他频率分量均为失真分量。波形失真，也称为非线性失真，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性——曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、 互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

波形失真率是指由交流电源滤除基波后的各次谐波组成的电压的有效值同原波形有效值之比，它可用于衡量市电及交流发电机、交流稳压电源、不间断电源、50Hz或60Hz正弦波逆变器等设备的输出电压的波形偏离正弦波电压的程度。

波形失真三种类型当放大器的工作点选的太低，或太高时，放大器不能对输入信号实施正常的放大，可能出现下述三种情况：

1.截止失真。这种失真是因工作点取的太低，输入负半周信号时，三极管进入截止区而产生的失真；对于固定偏置放大电路，一般通过减小电阻来提高静态工作点，从而消除失真2。

2.饱和失真。这种失真是因工作点取的太高，输入正半周信号时，三极管进入饱和区而产生的失真；对于固定偏置放大电路，一般通过增大电阻来降低静态工作点，从而消除失真2。

3.双顶失真。一般是因为输入信号幅度太大造成的，可通过减小输入信号或改变电路结构来消除失真2。

测量方法失真度的测量主要有基波抑制法和谐波分析法两种。具体实施有使用单一频率进行测量的单音法，有使用两个不同频率激励测量分析其互调失真的互调法，互调法多用于电声系统。失真度的测量使用失真度分析仪或失真度测量仪进行，其较量标准使用失真度标准装置产生已知失真度来进行1。

测量范围失真度测量的频率范围多在10Hz~200kHz范围内，少数可以达到600kHz甚至1MHz，超出该范围的失真度测量与校准尚无实际工作基础1。

不良影响波形失真对用电设备会造成不良影响。例如，干扰晶闸管整流设备输出电压的稳定性。 GB10292-88 中规定，对输入交流电网的电压波形的实际电压的瞬时值与基波电压瞬时值的最大偏差不应大于基波电压峰值的5%3。

仿真测试在模拟电子技术教材中讨论放大电路输出波形失真情况时，均以NPN管放大电路作为分析其输出波形的失真情况。对于NPN管放大电路，在发生饱和失真时，输出波形的负半周产生失真，即为削底失真；在发生截止失真时，输出波形的正半周产生失真，即为削顶失真。而对于PNP管放大电路来说，波形失真情况恰恰相反，在发生饱和失真时，输出波形的正半周产生失真，即为削顶失真；在发生截止失真时，输出波形的负半周产生失真，即为削底失真4。

改善方法由于工作点选择不合适，或者输入信号过大，都将引起信号波形的失真。但引入负反馈后，可将输出端的失真信号反送到输入端，使净输入信号发生某种程度的失真，经放大后，即可将输出信号的失真得到一定成都的补偿。不加反馈时，由于电路中存在非线性器件，所以即使输入信号为正弦波，输出也不一定是正弦波，而会产生一定的非线性失真。正弦波输入信号经过放大后产生的失真波形为负半周大，正半周小。经过反馈后，在F为正常数的情况下，反馈信号正半周大，负半周小。但它和输入信号相减后得到的净输入信号的波形却变成正半周大，负半周小，这样就把输入信号的正半周压缩，负半周扩大，结果使正负半周的幅度趋于一致，从而改善了输出波形5。

从本质上讲，负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，不能完全消除失真。且负反馈只能减小放大器自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力的5。

实际应用击穿电压测试在击穿电压测试中，工频电源频率为50Hz的正弦波，其波形失真率不大于5%6。

离网逆变器在离网逆变器中，方波、修正波、正弦波输出，纯正弦波输出时，波形失真率一般小于5%7。

一般情况下，波形失真率不超过7%。