电子测量技术教案《8》

8.1失真度仪简介8.2失真度仪的应用8.3实训1电子测量技术教案《8》第8章

失真度仪

本章要点

基波抑制法失真度仪的基本组成及原理框图

失真度仪的应用

2电子测量技术教案《8》8.1失真度仪简介

纯正弦波信号通过电路后，如果该电路中存在非线性，则输出的信号中除包含原基波分量外，还会含有其他谐波分量，这就是电路产生的谐波失真，亦称非线性失真。谐波失真度最常用的测量方法有多种：是基波抑制法，大多数的失真度测量仪都是根据这个原理制成的。3电子测量技术教案《8》8.1.1失真度仪的组成及框图原理1．

失真度仪的基本结构基波抑制法就是将被测信号中基波成分滤除，测量出所有谐波成分量总的有效值，再确定与被测信号总有效值相比的百分数即失真度值。失真度仪的基本结构是输入信号调节电路、基波抑制电路、转换开关和电子电压表。

4电子测量技术教案《8》图8-1失真度仪基本原理框图

8页5电子测量技术教案《8》（1）谐波失真度的定义信号失真的程度用谐波失真度表示。它的定义是全部谐波能量与基波能量之比的平方根。对于纯电阻负载，则定义为全部谐波电压（或电流）有效值与基波电压（或电流）有效值之比，即：=（8-1）上式中，U1为基波电压有效值；U2，U3…，Un为各次谐波电压有效值；D0也可称为失真系数或失真度。6电子测量技术教案《8》由上式中的基波电压很难单独得到。实际的基波抑制法测量，是用下式测量失真度的。即：

=（8-2）上式表示，失真度D是谐波电压的总有效值与被测信号总有效值之比。D0与D之间的关系为：

（8-3）当D0=10%时，D0与D相差约0.5%；D0=20%时相差约2%。当失真小于10%时可以认为有D0=D。14页13页7电子测量技术教案《8》（2）失真度测量的基本原理如图8-1所示，失真度测量仪是由输入电路、滤波电路和电压表三个基本部分所组成的。其中的滤波电路是用来滤除基波分量的。当S1时，被测信号总电压的有效值u；当S2时，滤除基波分量后的电压有效值u’。因此，测量出u和u’就是测量信号的失真度。

图中的“校准电位器”起什么作用呢?为了让电压表的指示为一个确定的值，就是当S1时让电压表的指示为1V(即100％)，当S2时，不动电位器，即可读出失真度。8电子测量技术教案《8》（3）几种常用的失真度测量仪从表8-1中可以看出，失真度测量仪的主要技术性能，频率范围和能够测的失真度范围。表中的失真度测量仪叫“点频失真仪”。“点频”是指在某一个频率时，输出信号的失真情况。“立体声失真度测量仪”所选的“点频”只有400Hz和lkHz，这是因为人耳对该频率及其附近的频率较敏感。9电子测量技术教案《8》型号及名称频率范围失真度范围及准确度备注SZ-3型失真度仪20Hz

~20kHz0.1%~100%±0.01%有显示管BS-1A型失真度仪20Hz

~200kHz0.1%~100%±0.01%有显示管HG4110型自动点频失真度仪50Hz

、1kHz0.1%~10%±10%

HG4111型自动点频失真度仪315Hz、400kHz、1kHz0.1%~10%±10%

S-907自动失真度仪20Hz

~100kHz0.03%~30%±0.01%

ZN4J12型超低失真度仪10Hz

~100kHz0.003%~30%

ZN4111型立体声失真度仪400Hz、1kHz0.1%~30%±10%±0.01%

ZH4110型立体声失真度仪315Hz、1kHz0.1%~30%±10%±0.01%

DF4120同步失真度仪10Hz~109kHz见技术参数

10电子测量技术教案《8》3．

DF4120A同步失真度仪（1）DF4120同步失真度仪原理框图DF4210型同步失真度仪是采用集成电路的仪器。它具有测试精度高、信号源失真小、操作方便、性能可靠等特点。它主要是用来测量音频信号及各种音频设备的非线性失真，又可作为超低失真音频信号发生器和音频电压表使用，并能对放大器及各种音频设备进行信噪比和频率特性的测试。DF4210同步失真度仪的原理框图如图8-2所示。11电子测量技术教案《8》图8-2DF4210同步失真度仪的原理框图。12电子测量技术教案《8》（2）DF4120同步失真度仪的基本原理DF4120同步失真度仪的电路如图8-2。失真度测量原理：在测量失真度时，输入被测信号经过输入电路至自动电平调整电路，在此稳定输出1V，并送至桥T型基波抑制器，在这里把测量信号的基波分量抑制掉，保留所有谐波成分，然后通过表头电路测其大小，该大小则为被测信号的失真度。当失真度小于10%时，D0=D，当失真度大于10%时，应按（8-3）式作修正。下面介绍各部分电路。

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输入电路：一个高输入阻抗的跟随器，以减少对输入衰减器的影响；输入端接有过压保护电路。

自动电平调整电路

输入被测信号经衰减以后，使其送至自动电平调整电路的电压约为100~316mV，在该电压范围内，自动电平调整电路能自动调整可变衰减器中的光敏电阻值，使电路稳定输出1V，则使(8-2)式分母为1。

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桥T型基波抑制器桥T型基波抑制器由无源桥T型网络、基波抑制运放、谐波正反馈跟随器、中和电路四个部分组成。

图8-3无源桥T型网络

15电子测量技术教案《8》图8-3网络的基波抑制频率f=当Cl=10C2时，其基波抑制量约为16dB，二次谐波衰减约为60%，显然不可能满足失真仪要求。为了满足失真仪对基波抑制量和谐波衰减的要求，因此加入一个有源的基波抑制运放和一个谐波正反馈跟随器。电容中和电路是用来减少无源桥T型网络输出端分布电容的影响。16电子测量技术教案《8》

频率自动调谐控制电路失真度测量频率粗调，是由失真仪面板的频段开关和频率数值开关设定完成的。失真度测量频率微调则是由频率自动调谐控制电路进行的。频率自动调谐控制分为相位误差控制和幅度误差控制。相位误差控制幅度误差控制17电子测量技术教案《8》

滤波器电路本仪器有这三个滤波器：400Hz高通滤波器、30kHz和80kHz低通滤波器。滤波器主要用来滤除交流电源哼声和高频白噪声，以保证小失真度测试精度。18电子测量技术教案《8》

表头电路失真度测量时，来自基波抑制器的失真度电压和电平测量时来自电压放大器的电压，在表头电路中进行放大约300倍，然后用均值检波器变成直流推动表头指示。均值检波前交流信号同时送至面板上的示波器插座，可以接示波器观察谐波失真成份。电路中有一个约4V的限幅电路，同时表头采用毫伏表，具有较大过载能力，测量中不必为表头短暂打针而惊慌。19电子测量技术教案《8》电平判别电路自动电平调整系统有一个作用范围，超过该范围，自动电平调整电路就不能稳定输出1V。为了保证失真度测量正确，用一个电平判别电路来判断输入电压是否在自动电平调整作用范围内。输入电压过大，过压的指示灯亮，输入电压过小，欠压的指示灯亮，在此范围内，二灯均熄灭。20电子测量技术教案《8》振荡器如图8-4，振荡频率决定于桥型的滤波网络，式中取C2=100C1，C1C2由面板频段开关设定，R阻值由面板频率数值开关设定。振荡器的输出幅度、起振情况由R1和R2的比值决定，并由幅度控制电路调整。幅度控制电路监视振荡器的输出，并与一个参考电平比较，产生一个误差信号，经积分器后改变场效应管的等效电阻R0，控制振荡器正反馈强弱。21电子测量技术教案《8》图8-4振荡器电路简化框图22电子测量技术教案《8》8.1.2失真度仪的误差1．理论误差理论误差是系统误差，可予以纠正。2．基波抑制度不高引起的误差谐波电压增加量高于含有基波在内的测量值而引进的误差。3．电平调节和电压表的指示误差电压表的指示值校准电平调节有误差或电压表指示值有误差，都将影响最后的测量结果。23电子测量技术教案《8》8.2失真度仪的应用8.2.1主要技术参数1．失真度测量（1）测量频率范围：10Hz~109kHz分四个频段。（2）失真度测量范围：

20Hz~20kHz，0.01%~30%

10Hz~109kHz，0.03%~30%（3）失真度测量误差：

300Hz~5kHz，不大于满度值的±7%±0.01%

20Hz~20kHz，不大于满度值的±10%±0.015%

10Hz~109kHz，不大于满度值的±30%±0.025%24电子测量技术教案《8》（4）机内引入失真：

300Hz~5kHz，不大于±0.015%

20Hz~20kHz，不大于±0.025%

10Hz~109kHz，不大于±0.035%（5）输入电压自动调整范围：大于10dB（6）失真度最小可测电压：100mV2．电压测量

400Hz高通，30kHz低通，在失真度0.03%档时均接入。

在失真度0.03%档，档基波频率大于10kHz，接入400Hz高通和80kHz低通，当基波频率小于300Hz时，只接30kHz低通。25电子测量技术教案《8》（1）电压测量范围：300μV~100V分十一个量程（欲测100V~300V电压，另配一个衰减器附件）。（2）电压测量基本误差：不大于满度值的±5%（1kHz）（3）电压频率附加误差：20Hz~50kHz，不大于0.5dB5Hz~300kHz，不大于1dB（4）电压噪声底度：不大于50μV（5）最大可测信噪比110dB26电子测量技术教案《8》3．失真仪输入阻抗：100kΩ±2%，输入电容不大于100pF4．振荡器（1）振荡频率：10Hz~109kHz（2）频率示值误差：不大于0.05fo，±1Hz（3）非线性失真

300Hz~5kHz，不大于±0.005%20Hz~20kHz，不大于±0.015%10Hz~109kHz，不大于±0.07%（4）最大输出电压：大于3Vrms（开路）（5）最大输出电压频率不均匀性100Hz~10kHz，少于±0.5dB10Hz~109kHz，少于±1dB（6）输出阻抗：600Ω27电子测量技术教案《8》8.2.2使用方法1．DF4120A同步失真度仪面板结构（1）电源指示灯：指示电源接通与否，灯亮接通，灯灭电源断。（2）电源开关：控制电源通断，直键按下接通，抬键电源断。（3）测量表头：与测量量程配合，可读出失真度和电压等大小。（4）输入量程以l0dB跳步衰减输入信号。（5）过欠压指示：输入电压过大时，左边指示灯亮，输入电压过小时，右边指示灯亮。（6）频段开关：改变失真度测量和振荡器工作频率的频段。31页28电子测量技术教案《8》（7）频率数值开关(一)：改变失真度测量和振荡器工作频率的前面一位数。（8）频率调谐指示：当测量信号频率相对失真仪工作频率过低时，左边指示灯亮，当测量信号频率相对失真仪工作频率过高时，右边指示灯亮，正确调谐两指示灯均灭。（9）频率数值开关(二)：改变失真度测量和振荡器工作频率的后面一位数。（10）频率微调：对振荡器频率起微调作用，当其处在“关”位置时，振荡器频率就由频段开关和频率数值开关决定，当频率微调旋钮打开后，随着旋钮向右，振荡器频率逐渐增加。（11）振荡器输出：振荡器输出电压由此送出。31页29电子测量技术教案《8》（15）功能开关：选择失真仪的工作种类。（16）测量输入：被测信号由此送入。（17）相对调节功能开关在“相对电平”位时应用，当需要测量放大器的信噪比或频率特性，而被测信号表头指示不满度时，可通过调节它使表头指示满度，便于读出电平的相对值。（18）滤波器：测量小失真度信号时，根据被测信号的工作频率接入相应的滤波器，按键则接入，抬键则断开。（19）示波器插座：当需要观察被测信号的谐波波形时，可以从这里接至示波器。30电子测量技术教案《8》图8-5DF4120A同步失真度仪面板图28页29页31电子测量技术教案《8》2．DF44120A同步失真度仪的使用方法接通电源，予热10~15min；所有量程开关置最左位；频率微调开关置“关”位和滤波器按健全部抬键。（1）失真度测量失真仪的功能开关置“失真度”位；利用机内信号源。根据工作频率，放置好失真仪的频率波段开关和频率数值开关，仪器连接如图8-6所示。图8-6失真度同步测量连接图32电子测量技术教案《8》根据被测设备设置振荡器输出衰减器，调整振荡器输出电平；根据被测音频设备输出大小适当放置失真度输入量程，使过欠压指示灯均熄灭；逐步向右转动失真度量程，使表头指示于最便于读数的位置；根据表头读数结合失真度量程就可测得失真度Ki；如果振荡器输出信号的非线性失真度为Ci，则被测音频设备的非线性失真为KK=(8-5)为了提高小失真度测量下限及测试精度，根据工作频率接入相应的高低通滤波器。35页33电子测量技术教案《8》利用机外信号源仪器连接如图8-7所示，(a)是测量音频信号源的失真度，(b)是测量音频设备的非线性失真。图8-7失真度异步测量连接图34电子测量技术教案《8》按照要测的工作频率放置好信号源频率开关；按照被测设备输入大小要求，调节好信号源输出幅度；改变失真仪输入量程，使过欠压指示灯均熄灭。把失真仪工作频率放在信号源工作频率上，如发现频率调谐指示灯亮及表针指示不能变小，可以适当改变失真仪或信号源的工作频率，逐步改变失真度量程使表头指示于最便于读数的位置，结合失真度量程就可测得失真度。在图8-7a线路中，失真仪测得数据就是信号源的失真度。在图8-7b线路中，被测设备的失真度仍要按公式(8-5)求得。不过在Ci<Ki／3情况下，可以认为失真仪测得的失真度K

，就是被测设备产生的失真度。35电子测量技术教案《8》

为了提高小失真度测量下限及测试精度，根据工作频率接入相应的滤波器。注意：在失真度测量时，有时可能表头指针不往下降，可以改变一下频段开关，然后再打回原测量频段，就可消除不调谐现象。失真度量程置检查档时，表头指针下降较慢，为了使它下降快一些，可以置于30%以下更灵敏的量程，当然这会出现打表针现象，但不会损坏表头。（2）电压测量功能开关置“输入电平”，滤波器全部的抬键。将被测信号接至失真仪测量输入端，改变失真仪输入量程，使表头指示最便于读数的位置，结合输入量程和表头指示值就可读出被测电压的大小。（3）信噪比测量功能开关置“相对电平”位，仪器连接如图8-8所示。36电子测量技术教案《8》图8-8信噪比测量连接图37电子测量技术教案《8》根据工作频率，放置好振荡器的频段开关和频率数值开关；根据被测设备输入大小要求设置振荡器输出衰减器，调整振荡器输出电平；根据被测音频设备输出大小适当放置失真仪输入量程，使表头指针不要超过满度。例如测量频率1kHz，放大器输出lV~3V时的信噪比，即失真仪输入量程(设dB数为b1)置“3V(10dB)”，把被测放大器输出信号送入失真仪测量输入端，调整相对调节旋钮，使表头指针满度，然后断开失真仪振荡器输出，使被测放大器输入短路，保持“相对调节”旋钮位置不变，改变失真仪输入量程(设dB数为b2)，使表头指示于最便于读数位置，读出表头指示dB数(设为a)，测得的信噪比为(b1-b2－a)。38电子测量技术教案《8》（4）放大器频率特性测量功能开关“相对电平”位，仪器连接如图8-9所示。把失真仪振荡器频率置“lkHz”，根据被测设备的输入大小要求设置振荡器输出衰减，频响特别好的标准电压置相应量程，调整振荡器输出电平，使标准表满度。被测设备输出送至失真仪测量输入端，改变失真仪输入量程，调整相对调节旋钮，使失真仪表头指示满度。改变失真仪振荡器工作频率，调整振荡器输出电平，仍使标准表满度，保持失真仪“相对调节”旋钮不动，读出失真仪的表头指示的dB数，它的大小反映了被测设备的频率特性；dB数的绝对值小频率特性好，反之则差。39电子测量技术教案《8》图8-9频率特性测量连接图40电子测量技术教案《8》（5）用“振荡器”作信号源DF4120A型同步失真仪也可作为音频信号源使用。仅作音频信号源使用时，可把功能开关置“振荡电平”，这时从表头读数结合失真仪输入量程(或振荡器输出衰减量程)就可直接知道振荡器输出电压大小。要转换振荡器工作频率，可改变频率波段开关和频率数值开关，以及频率微调旋钮。要改变振荡器输出大小，只要改变振荡器输出衰减量程，调整振荡器输出电平即可。41电子测量技术教案《8》8.2.3应用举例BS3型失真度仪主要用途是测量音频信号的失真度，最少失真度可测至0.03％。此外，还可测量交流电压和噪声。仪器还附有音频信号源，可独立输出点频信号。主要技术特性如下：（1）失真度测量：频率范围(基波)20Hz～20kHz共分三档；失真度测量范围1％～100％(满刻度)共分五档；输入信号幅度范围300mV～300V(有效值)；频率刻度准确度±10％；失真度准确度±l0％(满刻度)±0.05％；干扰噪音优于0.25mV。42电子测量技术教案《8》（2）电压测量：电压范围10mV～300V共分五档。频率范围20Hz～200kHz优于±0.5分贝。输入阻抗：1MΩ左右。电压表准确度：±3％。干扰噪音优于0.05mV。（3）点频信号源：点频频率：20Hz、100Hz、400Hz、1kHz、20kHz、100kHz、200kHz。（4）输出幅度：0～3V以上，连续可调。（5）仪器电源：仪器使用220V、50Hz市电，消耗功率6W。43电子测量技术教案《8》1．电压测量（1）接通电源之前，将工作开关置于“电压”位置，分压器开关置于1V位置，衰减器开关应按待测信号电压范围，选好量程，当待测信号电压大小不明时，应把它置于300V位置。（2）接通电源，指示灯亮，待表针稳定3～5min后即可测试。（3）将待测信号接入输入端，改变衰减器开关K1，使电压表指至明显位置，直至lV。若指示仍很小(则待测信号电压远小于lV)。则应继续改变分压器开关K2位置，直至电压表指针指至明显读数时为止(超过满刻度的1/3)。（4）依据衰减器开关位置及分压器开关位置，从电压表上直接读出待测信号电压的有效值。（5）测试完毕后，应把各开关恢复至第一项位置，K1置于300V位置。44电子测量技术教案《8》2．失真度测量（1）在接通电源之前，将分压器开关置于100％(1V)位置，工作开关置于“电压”位置。（2）接通电源，将待测信号接至输入端，控制衰减器旋钮，使待测信号电压指示为300mV~1V。（3）将工作选择开关置于“校准”位置，调整校准电位器使电压表指示在满刻度位置。（4）将工作选择开关置于“失真度”位置，改变频率开关到相应于待测信号频率的波段，然后反复调节“调谐”、“微调”、“相位”等旋钮，使电压表获得最小指示为止(相应的改变分压器位置)，此时，根据分压器位置从电压表指示上直接读出失真度的百分数。（5）测试完毕；将分压器开关恢复到“10％”位置，将工作选择开关置于“校准”位置，电压表仍应指示满刻度，若指示改变，则应重新按(3)，(4)两项进行测试。45电子测量技术教案《8》3．点频信号源（1）仪器接通电源3-5min之后，信号源便进行工作。（2）若需本仪器电压表作指示时，应把衰减器开关置于“10V”位置，分压器开关置于“1V”位置，然后拨动工作选择开关置于“音频”位置，此时电压表便有点频输出指示。（3）拨动“音频频率”开关至所需要的频率。控制衰减器、分压器开关和输出调节旋钮，直到获得所需要的信号电压的大小(并在表上有明显指示)。（4）由仪器附有的电缆插头，引出输出信号。（5）如果不需要本仪器的电压表作指示时，只需按上述1、3、4项进行即可，但应首先把输出调节置于最小位置，然后慢慢增加至所需的信号幅度。在进行失真度或电压测量时，信号源可以同时独立作为信号使用。46电子测量技术教案《8》8.3实训测量音频信号幅度（1）实训目的能正确测量音频信号电压，能正确熟练用失真度仪。（2）实训仪器设备失真度仪（DF4120A同步失真度仪或