【導讀】任ren何he模mo擬ni信xin號hao隻zhi要yao存cun在zai一yi定ding程cheng度du的de非fei線xian性xing
，都dou會hui產chan生sheng諧xie波bo失shi真zhen。模mo擬ni信xin號hao失shi真zhen時shi，信xin號hao在zai時shi域yu中zhong的de外wai觀guan會hui發fa生sheng變bian化hua，表biao現xian為wei波bo形xing壓ya縮suo或huo完wan全quan偏pian移yi。諧xie波bo模mo擬ni信xin號hao中zhong的de諧xie波bo失shi真zhen已yi是shi老lao生sheng常chang談tan，但dan調tiao製zhi信xin號hao或huo方fang波bo/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。

任ren何he模mo擬ni信xin號hao隻zhi要yao存cun在zai一yi定ding程cheng度du的de非fei線xian性xing，都dou會hui產chan生sheng諧xie波bo失shi真zhen。模mo擬ni信xin號hao失shi真zhen時shi
，信xin號hao在zai時shi域yu中zhong的de外wai觀guan會hui發fa生sheng變bian化hua
，表biao現xian為wei波bo形xing壓ya縮suo或huo完wan全quan偏pian移yi。諧xie波bo模mo擬ni信xin號hao中zhong的de諧xie波bo失shi真zhen已yi是shi老lao生sheng常chang談tan，但dan調tiao製zhi信xin號hao或huo方fang波bo/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/chaxieboshisanjiehutiao。zhexiexiebozuiyoukenengchuxianzaifangdaqidexianxingshuruqu，qiezuijiejinshuruxinhaogonglvpudepindaibianyuan。zaishiyuzhong，hutiaoshizhenbiaoxianweipinlvlvegaoyushuruxinhaozaibopinlvdedizhenfuzaosheng。

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）的de放fang大da器qi中zhong，信xin號hao可ke能neng會hui出chu現xian交jiao叉cha失shi真zhen。當dang一yi對dui晶jing體ti管guan中zhong有you一yi個ge進jin入ru截jie止zhi區qu時shi


，輸shu出chu信xin號hao會hui短duan暫zan降jiang至zhi零ling
，此ci時shi就jiu會hui發fa生sheng交jiao叉cha失shi真zhen。實shi際ji上shang，當dang輸shu入ru信xin號hao處chu於yu低di電dian平ping時shi，放fang大da器qi中zhong的de兩liang個ge晶jing體ti管guan都dou沒mei有you開kai啟qi，因yin此ci即ji使shi輸shu入ru信xin號hao不bu為wei零ling，輸shu出chu信xin號hao也ye為wei零ling。下xia麵mian是shi一yi個ge簡jian單dan的de時shi域yu示shi例li。

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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