【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

zhelianggeshuyuyoushihuihuxiangtidai，danyibansuozhibingfeitonglei。erzhezaishiyushangkansixiangsi，danzaipinyushangquewanquanbutong。zaishiyuceliangzhong，zhenfushizhenyupinlvshizhenqubieruxia：

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/dianliufashengbutongchengdudebianhuashi，jiuhuichuxianpinlvshizhen。pinlvshizhenzhinengzaikuandaixinhaozhongguanchadao。dangbodetudefuzhiweifeixianxingshi，lvboqitongchanghuichuxianpinlvshizhen。

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）dexiangweishipinlvdefeixianxinghanshushi，lvboqijiuhuichanshengxiangweishizhen。cishishuchuboxinghuichuxianshizhen，danbuyidingshiyinweiboxingchuxianlexuebohuoqitafuzhixiaoying
，ershiyinweiqunsuduhexiangsudubushihengdingzhi，yincizuchengxinhaodebutongpinlvhuiyibutongdesuduchuanbo。

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）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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