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差频失真(仅二次)检测

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发布时间：2025-07-05 14:40:12 更新时间：2025-07-04 14:40:13

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

差频失真(仅二次)检测

差频失真，特别是其中的二次谐波失真，是评估电子设备（尤其是音频放大器、扬声器、通信系统等）信号保真度与线性度的一项关键指标。它衡量的是当设备处理一个纯净的单频正弦波（基波）输入信号时，由于设备内部非线性特性，在其输出信号中产生原始输入信号频率两倍（2f）的新频率分量的程度。这种二次谐波失真是最显著的非线性失真形式之一，对音质（如引入刺耳感）或信号传输质量有着直接影响。"仅二次"意味着检测目标明确集中在由系统非线性产生的、频率为原始输入信号两倍的特定谐波分量上，而非考察所有阶次的谐波失真总和或互调失真等其他非线性产物。精确测量和分析二次谐波失真对于产品设计优化、质量控制和性能评估至关重要。

检测项目

差频失真(仅二次)检测的核心项目包括：

二次谐波失真度 (HD2)：这是核心指标，通常以百分比 (%) 或分贝 (dB) 表示。它定义为输出信号中二次谐波分量的有效值 (RMS) 电压（或功率）与基波分量有效值电压（或功率）的比值。
特定频率点的HD2：在规定的频率范围内（如音频设备常用的20Hz - 20kHz），选取多个关键频率点（通常包括低频、中频、高频的代表点）进行二次谐波失真度测量，以评估设备在不同频段的线性表现。
输入电平对HD2的影响：测量不同输入信号电平下二次谐波失真度的变化，以确定设备的线性工作范围和过载特性。

检测仪器

进行精确的差频失真(仅二次)检测通常需要以下关键仪器：

低失真信号发生器/函数发生器：提供纯净的、失真极低的正弦波信号作为输入激励。其自身的谐波失真必须远低于待测设备的预期失真水平。
被测设备 (DUT)：接受测试的放大器、音响单元、滤波器等电子设备。
假负载电阻 (Dummy Load)：对于功率放大器等输出功率的设备，需要连接符合额定阻抗和功率要求的电阻负载。
频谱分析仪 (Spectrum Analyzer)：这是核心测量仪器。高动态范围、低本底噪声的频谱分析仪可以精确地分离并测量输出信号中的基波和各次谐波分量（尤其是二次谐波）的幅度。需具备足够的频率分辨率和选择性。
音频分析仪 (Audio Analyzer)：专为音频测量设计的集成化仪器，通常内置低失真信号源、带通/陷波滤波器和精密电压表，可直接测量谐波失真（包括选定阶次如HD2）。使用方便，精度高。
电压表/功率计：辅助测量输入/输出电平（RMS值），用于计算失真度百分比。

检测方法

差频失真(仅二次)的标准检测方法通常遵循以下步骤：

设定测试条件：将被测设备置于规定的工作状态（如标准工作电压、温度、增益设置、额定负载）。将信号发生器设置为输出一个特定频率 (f) 的低失真正弦波信号，并调整到规定的输入电平（通常为额定电平或指定测试电平）。
连接仪器：信号发生器输出连接到DUT输入。DUT输出连接到频谱分析仪（或音频分析仪）的输入。若DUT为功率放大器，输出需连接正确的假负载电阻。
校准信号电平：测量DUT在输入频率 (f) 下的输出电平（基波电平），确保其在额定工作范围内。
频谱测量：使用频谱分析仪扫描DUT的输出信号频谱。
- 在频谱图上找到频率为 (f) 的基波峰值。
- 精确找到频率为 (2f) 的二次谐波峰值。
- 读取并记录二次谐波分量 (2f) 的幅度值 (通常为dBm或dBV) 和基波分量 (f) 的幅度值。
计算HD2：根据记录值计算二次谐波失真度 (HD2)。
- 百分比计算： HD2 (%) = [ V(2f) / V(f) ] * 100% (其中 V 为有效值电压)。
- 分贝计算： HD2 (dB) = 20 * log10 [ V(2f) / V(f) ] = P(2f) - P(f) (其中 P 为dB表示的功率电平，若测量值为幅度dBV/dBm，需注意功率dB是幅度dB的2倍关系)。
扫描频率/电平：根据需要，改变输入信号的频率 (f) 或输入电平 (V_in)，重复步骤3-5，获取不同条件下的HD2数据。
使用音频分析仪：若使用专门的音频分析仪，仪器通常内置自动测量功能。只需设置好基波频率 (f)，选择测量“HD2”或“二次谐波失真”，仪器会自动生成所需频率的测试信号，通过内部滤波器或数字处理分离出基波和谐波分量，直接显示HD2的百分比或dB值。

检测标准

差频失真(仅二次)检测需依据相关的国际、国家或行业标准进行，以确保测试条件、方法和结果表述的统一性和可比性。常用标准包括：

IEC 60268-3 (Sound system equipment - Part 3: Amplifiers)：国际电工委员会标准，详细规定了音频放大器的性能测量方法，包括谐波失真的测量条件和程序。
IEC 60268-5 (Sound system equipment - Part 5: Loudspeakers)：规定了扬声器及扬声器系统的测量方法，包含非线性失真的测量（通常包含二次谐波）。
IEC 61606 (Audio and audiovisual equipment - Digital audio parts - Basic measurement methods of audio characteristics)：针对数字音频设备（如DAC、ADC）的测量标准，包含线性度（失真）测量。
GB/T 12060.x (Sound system equipment)：中国国家标准，等同或等效采用IEC 60268系列标准，规定了国内音频设备（放大器、扬声器等）的测量方法。
GB/T 14277-93 (Audio amplifiers - Methods for measuring and specifying performance characteristics)：中国关于音频放大器性能测量的国家标准（可能部分被新标准替代或更新）。
IEEE Standards (e.g., for通信设备)：在通信系统（如射频功率放大器）的线性度测量中，也常涉及特定阶次的谐波失真测量，通常会参考相应的IEEE标准。
行业规范/企业标准：特定产品（如高端Hi-Fi放大器、专业音响设备）或企业内部可能有更严格的测试规范和要求。