低頻諧波失真度儀設(shè)計(jì)
目前,測(cè)量失真度的儀器根據(jù)測(cè)量原理大致可分為二大類:基波剔除法和頻譜分析法。一般模擬式的失真度測(cè)量?jī)x都采用基波剔除,這種儀器測(cè)量的誤差較大;而頻譜分析法,則是利用頻率分析儀測(cè)量各次諧波的含量并計(jì)算出波形失真度的方法。它可分析測(cè)量出被測(cè)信號(hào)中的1~10次諧波分量。采用該方法較好地解決了超低頻率失真度的測(cè)量,缺點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格較貴,操作繁瑣。
1 測(cè)量原理
一個(gè)失真的周期振蕩信號(hào)電壓,除有基波電壓分量外,還有各次諧波分量存在,把周期失真的正弦信號(hào)展開成傅立葉級(jí)數(shù),可表示為:
其中,f(t)是一含有諧波失真的正弦波,A0=上式中,A0/2為正弦波中直流分量,An為第n次諧波的振幅,n為失真正弦波中所含最高諧波次數(shù),ω0為標(biāo)準(zhǔn)正弦波的角頻率,φn為第n次諧波相對(duì)于基波的初相角。
一般地,正弦波的失真是用失真度,即所有諧波能量之和與基波能量之比的平方根來表示的:
數(shù)為n次的失真度,只要求出各次諧波的幅值,就可計(jì)算出信號(hào)的失真度。在實(shí)際測(cè)量中由于實(shí)現(xiàn)困難,模擬失真度儀測(cè)量所測(cè)出的數(shù)值是各諧波電壓有效值和總的電壓有效值之比,
即
模擬失真度儀的原理框圖如圖1所示。
被測(cè)信號(hào)經(jīng)過放大器后,首先直接進(jìn)入電子電壓表,測(cè)出其總電壓的有效值,并調(diào)至100。然后,信號(hào)通過濾波器,濾去基波成分,再次進(jìn)入電子電壓表,測(cè)出剔去基波后電壓的有效值,此時(shí)指示即為失真度。顯然,它只是失真度的近似值,必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)償。 基于FFT的失真度儀,采用頻域分析方法,通過計(jì)算傅立葉系數(shù),C1、C2…Cn,最后得到失真度大小。
由失真度定義得:
基本方法就是通過傅立葉變換(FFT),產(chǎn)生出信號(hào)的頻譜圖,根據(jù)頻譜含量的大小Cn,計(jì)算出失真度。此類分析需要頻譜分析儀和同步示波器。本文提出一種由虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的、基于FFT的失真度測(cè)量,該失真度測(cè)量?jī)x硬件原理如圖2所示。
評(píng)論