偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

偶次諧波失真與奇次諧波失真

「諧波失真」THD 包含偶次諧波失真與奇次諧波失真。
然而偶次諧波失真與奇次諧波失真對波形的影響為何？
只要把波形畫出來便可知曉。

下圖為一種二次諧波失真的圖形：

圖中綠色的波形為基頻，
紅色的波形為二次諧波，
藍色的波形為基頻與二次諧波兩者合成後的失真波形。

這種失真波形的上升部分與下降部分並不對稱，
這顯示放大器的輸入─輸出轉換特性曲線，
在訊號上升與下降時所沿著的曲線並不相同，
而有「磁滯現象」。
這種失真通常由帶有鐵芯的變壓器所產生。

「磁滯失真」不只會產生偶次諧波，
也會產生奇次諧波。
下圖為三次諧波磁滯失真的圖形：


一般放大器的輸入─輸出轉換特性曲線，
在訊號上升與下降時所沿著的曲線是重合的，
所以波形的上升部分與下降部分是對稱的。
下圖為這種二次諧波失真的圖形：


圖中顯示出這種二次諧波失真會造成波形的正負半週不對稱。
由基頻與偶次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置來看，
可歸納出偶次諧波失真會造成波形的正負半週不對稱。
波形的正負半週不對稱代表放大器的輸入─輸出轉換特性曲線上下不對稱，
上圖的負半週較小，正半週較大，
表示負半週的增益較小，正半週的增益較大。

這種失真通常由放大元件的非線性而來，
像是雙極性電晶體、FET、真空管等等。

而雙極性電晶體、FET這些元件具有轉換特性互補的型態，
其轉換特性曲線的變化正好相反。
因此其輸出波形變成負半週較大，正半週較小，如下圖所示：

圖中的二次諧波跟上一個圖反相，
所以這兩種失真波形相加之後，
二次諧波會抵消掉。

但奇次諧波的狀況又如何？

下圖為三次諧波失真的圖形：

其基頻與奇次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置是峰對峰、谷對谷，
因此可歸納出奇次諧波失真不會造成波形的正負半週不對稱。
而且基頻與奇次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置是峰對峰、谷對谷，
所以互補元件的奇次諧波失真還是同相，
因此互補電路的奇次諧波失真不會抵消掉。

由此可說明互補對稱的放大器設計可以消除偶次諧波失真，
但無法消除奇次諧波失真。

然而N型半導體和P型半導體在飄移率、擴散速度……等特性上的差異，
讓互補元件要完全互補也很困難，
然而對於平衡式放大系統而言，
偶次諧波失真相當於共模訊號，
而平衡式放大系統的主要功能便是消除共模訊號，
所以平衡式放大系統可以徹底消除偶次諧波失真，
只留下奇次諧波失真。

下圖為包含二次諧波失真的平衡式電路：

負載RL兩端的波形及負載RL上的波形如下：

下圖為這三個訊號的頻譜：

由頻譜中可看出RL兩端的訊號都含有二次諧波，
但RL上的訊號中，二次諧波不見了！

下圖為包含三次諧波失真的平衡式電路：

負載RL兩端的波形及負載RL上的波形如下：

下圖為這三個訊號的頻譜：

由頻譜中可看出RL上的訊號中，三次諧波仍然留了下來。

接下來用雙極性電晶體來模擬看看，
電路如下：

負載RL兩端及負載RL上訊號的頻譜如下：

由頻譜中可看出RL上的訊號中，
偶次諧波都不見了，
只留下奇次諧波失真。

由此可以看出，
非平衡的放大器跟平衡式放大器在諧波失真的成分上是大不相同的，
甚至把非平衡的放大器橋接成平衡式放大器的狀況也是如此。
有人把非平衡的放大器改成平衡式放大器後，
覺得聲音變好聽了。
也有人把非平衡的放大器改成平衡式放大器後，
覺得聲音變難聽了。
或許覺得聲音變難聽的人基本上比較喜歡含有偶次諧波失真的聲音。
覺得聲音變好聽的人基本上比較不喜歡含有偶次諧波失真的聲音。

wensan

以下是引用locky_z在2004-10-19 10:02:00的发言：
为什么说互补元件产生的偶次谐波是反相的？


为什么说互补元件产生的奇次谐波是同相的？[/COLOR]

偶次谐波失真会造成波形正负半周不对称，
假设是正半周较大、负半周较小，
表示偶次谐波跟基频的波峰、波谷对齐的都是波峰。
这个放大组件的输入－输出转换特性曲线，
由负电位到正电位的放大率是由小渐渐变大。
而跟它互补对称的放大组件，
其输入－输出转换特性曲线就反过来，
由负电位到正电位的放大率是由大渐渐变小，
表示偶次谐波跟基频的波峰、波谷对齐的都是波谷。
一个对齐的是波峰，一个对齐的是波谷，
表示这两个偶次谐波是反相的。
一个是正半周大、负半周小，
一个是正半周小、负半周大，
两者相加之后，
正负半周就变成对称一样大。
但已知偶次谐波失真会造成波形正负半周不对称，
既然正负半周对称，
表示偶次谐波抵消掉。


奇次谐波失真不会造成波形正负半周不对称，
表示奇次谐波跟基频的相对位置是波峰对波峰、波谷对波谷。
所以互补组件的奇次谐波跟基频的相对位置都是波峰对波峰、波谷对波谷，
因此互补组件的奇次谐波失真是同相的，
两者相加不会抵消掉。

locky_z

以下是引用wensan在2004-10-18 14:37:00的发言：
圖中的二次諧波跟上一個圖反相，
所以這兩種失真波形相加之後，
二次諧波會抵消掉。

为什么说互补元件产生的偶次谐波是反相的？

以下是引用wensan在2004-10-18 14:37:00的发言：
但奇次諧波的狀況又如何？
所以互補元件的奇次諧波失真還是同相，
因此互補電路的奇次諧波失真不會抵消掉。

为什么说互补元件产生的奇次谐波是同相的？

wensan

二十年前我实在想不透为什么偶次谐波失真可以抵消，
奇次谐波失真不行？
便用纸笔下去画波形，
画得好辛苦！

如今有PSPICE帮我画，
可轻松多了！

DarkHorse

收藏先……[em11][em11][em11]

小鬼头

带来了设计理念的不同。

PASS所设计的A、ZEN可归属于单端一类，偶次谐波较丰富，而A-X的是平衡性质，则又走向另一端。

John Curl个人则倾向于消除高次谐波，早期他设计的前置JC-2、功放JC-3就是全对称线路。同一路子的还有Halcro，致力于消除各种失真。

而单端直热胆机，则谐波失真较大，偶次谐波相对较多。。。[em03]

hengkong

每次拜读你的文章都好像在上补习课，早已遗忘的有重新认识。
不过机器的奇偶次谐波失真远不如房间的失真来的大，wensan大大对否。[em11]

wode

的机理做了解释，不过没有对放大器产生奇次波的机哩做解释，WENSAN兄，你能就这个再说说么？

wensan

(補圖)偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

(補圖)偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

(補圖)偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

(補圖)偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

(補圖)偶次諧波失真與奇次諧波失真

wensan

偶次諧波失真與奇次諧波失真

「諧波失真」THD 包含偶次諧波失真與奇次諧波失真。
然而偶次諧波失真與奇次諧波失真對波形的影響為何？
只要把波形畫出來便可知曉。

下圖為一種二次諧波失真的圖形：

圖中綠色的波形為基頻，
紅色的波形為二次諧波，
藍色的波形為基頻與二次諧波兩者合成後的失真波形。

這種失真波形的上升部分與下降部分並不對稱，
這顯示放大器的輸入─輸出轉換特性曲線，
在訊號上升與下降時所沿著的曲線並不相同，
而有「磁滯現象」。
這種失真通常由帶有鐵芯的變壓器所產生。

「磁滯失真」不只會產生偶次諧波，
也會產生奇次諧波。
下圖為三次諧波磁滯失真的圖形：


一般放大器的輸入─輸出轉換特性曲線，
在訊號上升與下降時所沿著的曲線是重合的，
所以波形的上升部分與下降部分是對稱的。
下圖為這種二次諧波失真的圖形：


圖中顯示出這種二次諧波失真會造成波形的正負半週不對稱。
由基頻與偶次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置來看，
可歸納出偶次諧波失真會造成波形的正負半週不對稱。
波形的正負半週不對稱代表放大器的輸入─輸出轉換特性曲線上下不對稱，
上圖的負半週較小，正半週較大，
表示負半週的增益較小，正半週的增益較大。

這種失真通常由放大元件的非線性而來，
像是雙極性電晶體、FET、真空管等等。

而雙極性電晶體、FET這些元件具有轉換特性互補的型態，
其轉換特性曲線的變化正好相反。
因此其輸出波形變成負半週較大，正半週較小，如下圖所示：

圖中的二次諧波跟上一個圖反相，
所以這兩種失真波形相加之後，
二次諧波會抵消掉。

但奇次諧波的狀況又如何？

下圖為三次諧波失真的圖形：

其基頻與奇次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置是峰對峰、谷對谷，
因此可歸納出奇次諧波失真不會造成波形的正負半週不對稱。
而且基頻與奇次諧波兩者的波峰、波谷的對應位置是峰對峰、谷對谷，
所以互補元件的奇次諧波失真還是同相，
因此互補電路的奇次諧波失真不會抵消掉。

由此可說明互補對稱的放大器設計可以消除偶次諧波失真，
但無法消除奇次諧波失真。

然而N型半導體和P型半導體在飄移率、擴散速度……等特性上的差異，
讓互補元件要完全互補也很困難，
然而對於平衡式放大系統而言，
偶次諧波失真相當於共模訊號，
而平衡式放大系統的主要功能便是消除共模訊號，
所以平衡式放大系統可以徹底消除偶次諧波失真，
只留下奇次諧波失真。

下圖為包含二次諧波失真的平衡式電路：

負載RL兩端的波形及負載RL上的波形如下：

下圖為這三個訊號的頻譜：

由頻譜中可看出RL兩端的訊號都含有二次諧波，
但RL上的訊號中，二次諧波不見了！

下圖為包含三次諧波失真的平衡式電路：

負載RL兩端的波形及負載RL上的波形如下：

下圖為這三個訊號的頻譜：

由頻譜中可看出RL上的訊號中，三次諧波仍然留了下來。

接下來用雙極性電晶體來模擬看看，
電路如下：

負載RL兩端及負載RL上訊號的頻譜如下：

由頻譜中可看出RL上的訊號中，
偶次諧波都不見了，
只留下奇次諧波失真。

由此可以看出，
非平衡的放大器跟平衡式放大器在諧波失真的成分上是大不相同的，
甚至把非平衡的放大器橋接成平衡式放大器的狀況也是如此。
有人把非平衡的放大器改成平衡式放大器後，
覺得聲音變好聽了。
也有人把非平衡的放大器改成平衡式放大器後，
覺得聲音變難聽了。
或許覺得聲音變難聽的人基本上比較喜歡含有偶次諧波失真的聲音。
覺得聲音變好聽的人基本上比較不喜歡含有偶次諧波失真的聲音。

laibu88

这是五年后补的图，要顶 收藏了

20-20

这才是技术

charlesg

顶一下，虽然自己看不懂。但支持普及基本知识。
论坛应该少些吹水，少些意淫。多些基础知识和实践经验

soundgood

有没有什么办法抵消奇次谐波？如果能有办法，哈哈，就牛了

兄妹小江

wensan大侠的文章总是开卷有益，学习中，先收藏，慢慢理解，慢慢吸收！
wansan大侠的这个头像好，当初就是对这个头像记忆深刻

ubs555

纯学习的，有点难消化