線性失真測量

系統、網路或部件工作線上性工作範圍時，對不同頻率的輸入信號產生的不同回響的測量，可用網路的頻率特性來表示。線性系統對正弦輸入的穩態回響稱為頻率回響或頻率特性。

基本介紹

• 中文名：線性失真測量
• 外文名：linear distortion measurement
• 套用學科：通信、電力
• 特點：線性、失真

定義

通常放大電路的輸入信號是多頻信號，如果放大電路對信號的不同頻率分量具有不同的增益幅值或者相對相移發生變化，就使輸出波形發生失真，前者稱為幅度失真，後者稱為相位失真，兩者統稱為頻率失真。注意：頻率失真是由電路的線性電抗元件引起的，故又稱線性失真，其特徵是輸出信號中不產生輸入信號中所沒有的新的頻率分量。所以，線性失真測量實際上是頻率特性的測量。

相關詞語

2.1 非線性失真

非線性失真亦稱波形失真、非線性畸變，表現為音響系統輸出信號與輸入信號不成線性關係，由電子元器特性：曲線的非線性所引起，使輸出信號中產生新的諧波成分，改變了原信號頻譜，包括諧波失真、瞬態互調失真、 互調失真等，非線性失真不僅會破壞音質，還有可能由於過量的高頻諧波和直流分量燒毀音箱高音揚聲器和低音揚聲器。

2.2 線性失真與非線性失真的區別

線性失真和非線性失真其實是同樣的概念，都是對輸入、輸出波形差異的衡量方式。

即：信號在放大過程中，輸入和輸出信號在波形上出現的畸變。衡量的指標單位也像同，使用%來表示。

不同之處：

線性失真是在波形畸變上出現了對稱的失真，這種失真一般出現在有深度負反饋的功率放大器中；其結果會產生多於的偶次諧波分量。而非線性失真 則是 波形畸變 是不對稱的，這種失真是一種指數型失真，一般出現在三極體單管甲類放大電路中，其結果會產生多餘的奇次諧波分量。

測量方法

系統的頻率特性H（jω）可用幅頻特性|H（jω）|和相頻特性Φ（ω）來表征。

頻率特性的測量屬於頻域測量，其基本測量方法，取決於加到被測系統的測試信號。經典的測量方法是以正弦波點頻法為基礎，這是一種靜態測量方法，繼而採用正弦波掃頻測量或稱動態測量，進而採用偽隨機信號作為測試信號，以完成廣譜快速測量。70年代後期提出了採用索數正弦波（即一種具有素數關係的正弦波序列）作為測試信號的快速頻率特性測量方法。

3.1 掃頻測量

所謂“掃頻”，就是利用某種方法，使正弦信號的頻率隨時間定規律，在一定範圍內反覆掃動。這種頻率掃動的正弦信號，稱為“掃頻信號”。利用掃頻信號，可以在頻域內對元器件或金率特性進行動態測量，其工作原理可由圖1（a）來說明。

圖1 頻率特徵測量

掃頻信號發生器受掃頻發生器所產生的鋸齒波電壓Ux掃頻，其輸出信號的瞬時頻率隨時間在一定範圍內由高到低作線性變化，但其振幅恆定不變，把它作為輸入信號認加到被測系統輸入端，則從輸出端得到的輸出電壓Uo。的振幅變化規律與被測系統的幅頻特性相應，經峰值檢波後輸出的圖形信號Uy，其波形的形狀就是待測幅頻特性曲線，將Uy，經放大加到示波管的Y-偏轉板。由於完成掃頻的鋸齒電壓又是示波管的水平掃描電壓。這樣，示波管螢幕的水平軸就成為頻率軸，結果，在螢幕上描繪出的圖形就是待測幅頻特性。

3.2 多頻測量

利用多頻信號作為測試信號的一種頻域測量技術。多頻信號是指一個離散頻率的正弦波集合。

圖2式中Ai、θi禮分別為第i個正弦波的振幅和初相；hi為第i個正弦波的角頻倍乘數（正整數）；ω1為基頻角頻。

圖2

若hi為從3開始的索數（如，3、5、7、11……），則這種素數倍基頻正弦波的合成信號稱為“素數正弦波”。採用素數正弦波作為測試信號，可以抑制被測系統非線性對測量結果的影響。

利用多頻信號可分別對圖（b）所示被測系統的輸入和輸出信號X（t）和Y（t）作一次頻譜分析，例如，將和經A/D變換，然後利用快速傅立葉變換算法和有關軟體，利用計算機對X（t）和Y（t）進行頻譜分析，則輸入和輸出信號幅度譜的差別（見圖b）反映出待測幅頻特性，而相位譜的差別反映出待測相頻特性。

多頻測量是把由多個正弦波組成的測試信號同時加到被測系統輸入端，可大大提高測量速度。多頻信號的產生，頻譜分析和頻率特性的計算都可用軟體來實現，使頻域測量系統自動化。