【導讀】renhemonixinhaozhiyaocunzaiyidingchengdudefeixianxing

，douhuichanshengxieboshizhen。monixinhaoshizhenshi，xinhaozaishiyuzhongdewaiguanhuifashengbianhua，biaoxianweiboxingyasuohuowanquanpianyi。xiebomonixinhaozhongdexieboshizhenyishilaoshengchangtan，dantiaozhixinhaohuofangbo/鋸齒波中也明顯存在各類諧波失真，其中一個常見的例子是功率放大器
，它們在運行時通常接近飽和點。

本文要點：

• “諧波失真”通常表示在時域中觀察到的波形失真。

• 諧波失真可從功率譜或時域波形中觀察到，有多種表現形式。

• 不同形式的非線性會產生不同類型的諧波失真。

renhemonixinhaozhiyaocunzaiyidingchengdudefeixianxing，douhuichanshengxieboshizhen。monixinhaoshizhenshi，xinhaozaishiyuzhongdewaiguanhuifashengbianhua，biaoxianweiboxingyasuohuowanquanpianyi。xiebomonixinhaozhongdexieboshizhenyishilaoshengchangtan，dantiaozhixinhaohuofangbo/鋸齒波中也明顯存在各類諧波失真，其中一個常見的例子是功率放大器，它們在運行時通常接近飽和點。

諧xie波bo失shi真zhen對dui信xin號hao的de影ying響xiang取qu決jue於yu產chan生sheng失shi真zhen的de元yuan件jian
，甚shen至zhi是shi信xin號hao的de測ce量liang方fang式shi。那na麼me問wen題ti來lai了le，如ru何he厘li清qing信xin號hao中zhong諧xie波bo失shi真zhen的de類lei型xing？有you沒mei有you方fang法fa直zhi接jie測ce量liang或huo計ji算suan？本ben文wen將jiang舉ju例li介jie紹shao不bu同tong類lei型xing的de諧xie波bo失shi真zhen，以yi及ji產chan生sheng的de原yuan因yin。

諧波失真類型

一般來說，通過觀察波形，可以發現五種類型的諧波失真：

1. 振幅失真

2. 頻率失真
3. 相位失真
4. 互調失真
5. 交叉失真除了非線性產生的非線性失真外，上述類型的諧波失真隻出現在寬帶信號或離散頻率相加的信號上。

1. 振幅失真與頻率失真

這zhe兩liang個ge術shu語yu有you時shi會hui互hu相xiang替ti代dai，但dan一yi般ban所suo指zhi並bing非fei同tong類lei。二er者zhe在zai時shi域yu上shang看kan似si相xiang似si，但dan在zai頻pin域yu上shang卻que完wan全quan不bu同tong。在zai時shi域yu測ce量liang中zhong
，振zhen幅fu失shi真zhen與yu頻pin率lv失shi真zhen區qu別bie如ru下xia：

振幅失真：當dang電dian路lu或huo設she備bei產chan生sheng的de輸shu出chu信xin號hao的de幅fu值zhi是shi輸shu入ru幅fu值zhi的de非fei線xian性xing函han數shu時shi
，就jiu會hui出chu現xian這zhe種zhong情qing況kuang。振zhen幅fu失shi真zhen是shi由you非fei線xian性xing引yin起qi的de，可ke以yi在zai諧xie波bo信xin號hao或huo寬kuan帶dai信xin號hao中zhong觀guan察cha到dao。這zhe種zhong現xian象xiang有you時shi被bei稱cheng為wei削xue波bo失shi真zhen，因yin為wei它ta發fa生sheng在zai飽bao和he器qi件jian（如放大器）中。

由於飽和，振幅失真通常表現為削波

頻率失真：當電路或設備導致輸入信號中不同頻率器件的電壓/電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)的(de)變(bian)化(hua)時(shi)
，就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)頻(pin)率(lv)失(shi)真(zhen)。頻(pin)率(lv)失(shi)真(zhen)隻(zhi)能(neng)在(zai)寬(kuan)帶(dai)信(xin)號(hao)中(zhong)觀(guan)察(cha)到(dao)。當(dang)伯(bo)德(de)圖(tu)的(de)幅(fu)值(zhi)為(wei)非(fei)線(xian)性(xing)時(shi)，濾(lv)波(bo)器(qi)通(tong)常(chang)會(hui)出(chu)現(xian)頻(pin)率(lv)失(shi)真(zhen)。

伯德圖中幅值曲線的形狀會導致寬帶信號中出現頻率失真

在實際器件中，振幅失真可能隻在特定頻率範圍內產生；為了加以區分，這種現象可稱為“非線性頻率失真”，此時還應該說明非線性在實際器件和電路中的重要性。

2. 相位失真

當濾波器的傳遞函數（伯德圖）的(de)相(xiang)位(wei)是(shi)頻(pin)率(lv)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)函(han)數(shu)時(shi)，濾(lv)波(bo)器(qi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)相(xiang)位(wei)失(shi)真(zhen)。此(ci)時(shi)輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)會(hui)出(chu)現(xian)失(shi)真(zhen)，但(dan)不(bu)一(yi)定(ding)是(shi)因(yin)為(wei)波(bo)形(xing)出(chu)現(xian)了(le)削(xue)波(bo)或(huo)其(qi)他(ta)幅(fu)值(zhi)效(xiao)應(ying)
，而(er)是(shi)因(yin)為(wei)群(qun)速(su)度(du)和(he)相(xiang)速(su)度(du)不(bu)是(shi)恒(heng)定(ding)值(zhi)，因(yin)此(ci)組(zu)成(cheng)信(xin)號(hao)的(de)不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)會(hui)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)速(su)度(du)傳(chuan)播(bo)。

伯德圖相位曲線中的非線性區域會因色散而產生相位失真

3. 互調失真

當(dang)頻(pin)率(lv)調(tiao)製(zhi)信(xin)號(hao)或(huo)其(qi)他(ta)寬(kuan)帶(dai)信(xin)號(hao)饋(kui)入(ru)非(fei)線(xian)性(xing)器(qi)件(jian)時(shi)
，會(hui)出(chu)現(xian)互(hu)調(tiao)失(shi)真(zhen)。具(ju)體(ti)來(lai)講(jiang)
，當(dang)輸(shu)入(ru)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)時(shi)
，互(hu)調(tiao)失(shi)真(zhen)就(jiu)會(hui)常(chang)見(jian)於(yu)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)，此(ci)時(shi)

，構(gou)成(cheng)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)的(de)離(li)散(san)頻(pin)率(lv)相(xiang)加(jia)會(hui)產(chan)生(sheng)和(he)/差諧波。

最突出的一組和/差cha諧xie波bo是shi三san階jie互hu調tiao。這zhe些xie諧xie波bo最zui有you可ke能neng出chu現xian在zai放fang大da器qi的de線xian性xing輸shu入ru區qu
，且qie最zui接jie近jin輸shu入ru信xin號hao功gong率lv譜pu的de頻pin帶dai邊bian緣yuan。在zai時shi域yu中zhong，互hu調tiao失shi真zhen表biao現xian為wei頻pin率lv略lve高gao於yu輸shu入ru信xin號hao載zai波bo頻pin率lv的de低di振zhen幅fu噪zao聲sheng。

4. 交叉失真

在推挽式晶體管放大器中
，特別是在使用三極管（Bipolar Junction Transistor
，BJT）defangdaqizhong
，xinhaokenenghuichuxianjiaochashizhen。dangyiduijingtiguanzhongyouyigejinrujiezhiqushi，shuchuxinhaohuiduanzanjiangzhiling，cishijiuhuifashengjiaochashizhen。shijishang
，dangshuruxinhaochuyudidianpingshi，fangdaqizhongdelianggejingtiguandoumeiyoukaiqi
，yincijishishuruxinhaobuweiling，shuchuxinhaoyeweiling。xiamianshiyigejiandandeshiyushili。

推挽（B 類）放大器中的交叉失真

如何發現諧波失真

在測量或仿真中很容易發現上述類型的諧波失真：隻(zhi)需(xu)比(bi)較(jiao)相(xiang)關(guan)器(qi)件(jian)或(huo)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)即(ji)可(ke)。如(ru)果(guo)兩(liang)者(zhe)在(zai)時(shi)域(yu)和(he)頻(pin)域(yu)上(shang)不(bu)是(shi)線(xian)性(xing)函(han)數(shu)關(guan)係(xi)，則(ze)說(shuo)明(ming)存(cun)在(zai)某(mou)種(zhong)失(shi)真(zhen)。在(zai)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)，仿(fang)真(zhen)工(gong)具(ju)可(ke)以(yi)讓(rang)電(dian)路(lu)中(zhong)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)問(wen)題(ti)無(wu)處(chu)遁(dun)形(xing)。

在設計低失真的真實器件係統時，Cadence 的係統分析工具集可以幫助設計人員發現信號中的各類諧波失真，從而采取有效措施。

PSpice 仿真工具可用於生成所需的仿真，識別和優化低諧波失真電路，並利用內置建模應用對實際電路進行仿真。

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