放大器失真度知识点详解

1.放大器幅度失真

重要提示

失真度是放大器的一项重要指示。放大器的失真度用来表征放大器在放大信号过程中，对信号产生非线性畸变的程度。

放大器通常放大电路的输入信号是多频率信号，如果放大电路对信号的不同频率分量具有不同的增益幅值或者相对相移发生变化，就使输出波形发生失真，前者称为幅度失真，后者称为相位失真，两者统称为频率失真。

如图4-118所示是幅度失真示意图，这是放大过程中所需要的失真。

2.放大器相位失真

如图4-119所示是相位失真示意图。

重要提示

频率失真是由电路的线性电抗元件引起的，故又称线性失真，其特征是输出信号中不产生输入信号中所没有的新的频率分量。

3.放大器非线性失真

非线性失真也称波形失真、非线性畸变。放大器在放大信号时中，放大器对信号产生幅度的失真过程中，还会对信号的变化规律产生改变，这就是放大器的非线性失真，具体表现为放大器输出信号与输入信号不成线性关系，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱。如图4-120所示是放大器产生非线性失真示意图。

图4-118 幅度失真示意图

图4-119 相位失真示意图

图4-120 放大器产生非线性失真示意图

重要提示

从图中可以看出，输入放大器的是标准正弦信号，它的正半周和负半周幅度大小相等，而从放大器输出的信号已经不是一个标准的正弦信号，负半周信号幅度大于正半周信号的幅度（称这种失真为大小头失真），或是其他形式的失真（如正半周波形被削去一截，称为削顶失真），这就是不需要的失真，称为非线性失真。

4.放大器失真度

失真度又称为失真系数。放大器的失真度有很多种。在不加具体说明的情况下，失真度是指的非线性失真，这也是最常用的失真度指标。

失真度的单位是百分之多少，用%表示。

5.失真信号的频率成分

当一个信号产生了非线性失真之后，这一信号可以用一系列频率不同、幅度大小不同、不失真的正弦信号来合成这一失真的信号。换句话说，某单一频率的失真信号，由于非线性失真而出现了许多新频率的不失真信号。

一个具有非线性失真、频率为f₀的信号U₀，可以用下列公式中的不失真正弦信号来表示：

U_o=A₁f₀+A₂（2f₀）+A₃（3f₀）+A₄（4f₀）+…式中，U₀为已产生非线性失真的信号；f₀为失真信号的频率，f₀又称为基频；2f₀为频率是基频信号两倍的不失真正弦信号，又称为f₀的二次谐波；3f₀为频率是基频信号三倍的不失真正弦信号，又称为f₀的三次谐波；4f₀为频率是基频信号四倍的不失真正弦信号，又称为f₀的四次谐波；A₁是不失真基频信号f₀的幅度大小；A₂是不失真的2f₀幅度大小；A₃是不失真的3f₀幅度大小；A₄是不失真的4f₀幅度大小。

式中只列出4次谐波，其实还有更多次的谐波，一直可到无数次谐波。在各次谐波中，前几次的谐波幅度为最大，是各次谐波中的主要成分。

重要提示

凡是偶数次数的谐波称为偶次谐波，凡是奇数次数的谐称为奇数谐波。音频放大器中，奇次谐波对音质具有破坏性的影响，是非音乐性的，偶次谐波是音乐性的。

6.三次谐波失真度

各次谐波中，三次谐波的危害性最大，所以可用三次谐波失真度来表示放大器的非线性失真程度。三次谐波失真度可以用下列公式来表示：

式中，D₃为三次谐波失真度，单位为%；A₃为三次谐波幅度大小；A₁为基频幅度大小。

7.全谐波失真度(www.xing528.com)

放大器的全谐波失真度等于各次谐波幅度大小的二次方之和再开根号，再与基频信号幅度之比，单位也是%。由于全谐波失真度的测试比较困难，而三次谐波的测试比较方便，所以常用三次谐波失真度。

8.谐波失真大小与放大器输出功率也相关

当输出功率增大时谐波失真也增大，这是显然的，因为输出功率增大时对信号的放大力度加大，同时造成信号的各种畸变也随之加大。

如图4-121所示曲线表示了它们之间的关系，可见当输出功率比较大之后，谐波失真明显增大，这也是放大器不可满输出功率运行的原因之一。

9.左、右声道放大器的谐波失真特性有所不同

在双声道放大器中，左、右声道放大器电路结构对称，要求它们的各项技术性能指标一致，但左、右声道放大器的谐波失真大小还是有不同的，如图4-122所示，左声道的谐波失真比右声道的大一些。

10.互调失真

互调失真用互调失真系数D_M表示其失真程度，这一失真又称互调畸变。当给放大器输入两种或两种以上不同频率的信号时，由于放大器非线性作用，在放大器的输出信号中除这两种频率信号之外，还有它们的和频（200Hz+600Hz=800Hz）和差频（600Hz-200Hz=400Hz）信号，这两个新频率信号称为互调失真信号。

图4-121 示意图

图4-122 示意图

11.两种削波失真

削波失真在大信号出现时产生，由于大信号的正半周峰值部分会进入放大管的饱和区，同时信号的负半周进入截止区（对推动管而言，甲乙类功放管不存在负半周信号的削顶），使大信号的正、负半周的顶部被削去一截。

在晶体放大器中，这种削波失真是硬削波，即信号峰值部分被整齐地消去，如图4-123所示。此时会产生大量的奇次谐波，而奇次谐波是非音乐性的，所以会严重损害音质，使声音模糊且抖动。

重要提示

电子管放大器中，削波失真是软失真，即削顶部分呈圆弧状，此时产生的谐波是偶次性的多，而偶次性谐波是音乐性的，对音质破坏程度远低于奇次性谐波。这也是为什么胆机音质、音色的某些方面比石机更胜一筹的原因。

12.开关失真

这是甲乙放大器所特有的失真。这种放大器中的功放管工作在开关状态下，在放大高频信号时，当功放管的开关速度跟不上高频信号变化时，就会出现相位的滞后，这就是开关失真。

13.瞬态失真

这一失真又称瞬态响应，它表征了放大器对瞬态信号的跟随能力。当给放大器输入一个瞬态信号时，放大器应能够立即响应，否则放大器输出就跟不上瞬态信号，产生所谓的瞬态失真。

测量瞬态响应要采用脉冲信号，如图4-124所示瞬态失真示意图，图4-124a为输入放大器的标准脉冲测试信号，图4-124b所示是经过放大器后已存在瞬态失真的输出信号波形，从图中可看出脉冲前沿顶部变成了圆弧状，这说明放大器的高频响应能力差，如果瞬态响应好这一顶部也是方角。

图4-123 示意图

重要提示

放大器瞬态失真与放大器的频率范围有关，所以频率范围要宽是放大器高品质的基本保证。瞬态失真是放大器的动态性能指标之一。

14.瞬态互调失真

这是现代电声领域中的一个重要技术性能指标。一般功率放大器都是负反馈放大器，且是加入大环路的深度负反馈，为防止负反馈放大器的自激现象，还要设置各种频率补偿电路。

图4-124 瞬态失真示意图

重要提示

胆机的这一失真远比晶体管放大器低，这也是胆机的长处之一。在许多晶体管放大器中，为了降低瞬态互调失真，不采用大环路的深度负反馈电路，出现了无负反馈的功率放大器电路等。