一、引言

在電子工程、電力系統(tǒng)、音頻技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，諧波失真作為一種常見的非線性現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)性能和信號(hào)質(zhì)量有著重要影響。隨著電子設(shè)備的普及和復(fù)雜程度的提升，諧波失真的控制已成為工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文旨在系統(tǒng)闡述諧波失真的基本概念、產(chǎn)生機(jī)理、危害表現(xiàn)、測(cè)量方法及抑制措施，為相關(guān)領(lǐng)域的工程實(shí)踐提供理論參考。

二、諧波失真的基本概念

（一）定義

諧波失真是指信號(hào)通過非線性系統(tǒng)后，輸出信號(hào)中除輸入信號(hào)的基頻成分外，出現(xiàn)基頻整數(shù)倍頻率成分（即諧波）的現(xiàn)象。這些諧波成分與基頻成分具有確定的頻率關(guān)系，是信號(hào)波形畸變的重要表現(xiàn)形式。

三、諧波失真的產(chǎn)生機(jī)理

（一）器件層面

半導(dǎo)體器件：二極管的伏安特性、晶體管的輸入輸出特性均呈現(xiàn)非線性，當(dāng)信號(hào)幅度較大時(shí)，這種非線性會(huì)被顯著激發(fā)。

無源元件：鐵氧體磁芯存在磁滯特性，電容器的電容值隨電壓變化，電感器在電流較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)飽和，這些特性都會(huì)導(dǎo)致諧波失真。

電聲器件：揚(yáng)聲器的振動(dòng)系統(tǒng)在大振幅下會(huì)產(chǎn)生非線性形變，麥克風(fēng)的敏感元件也存在一定的非線性響應(yīng)。

（二）電路層面

放大器：當(dāng)輸入信號(hào)幅度接近電源電壓時(shí)，放大器會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，導(dǎo)致輸出信號(hào)產(chǎn)生諧波失真。

濾波器：在信號(hào)電平較高時(shí)，濾波器中元件的參數(shù)會(huì)隨信號(hào)變化，引起頻率響應(yīng)的非線性變化，進(jìn)而產(chǎn)生諧波。

調(diào)制器：調(diào)制深度過大時(shí)，調(diào)制器的非線性特性會(huì)凸顯，導(dǎo)致調(diào)制信號(hào)中出現(xiàn)諧波成分。

（三）系統(tǒng)層面

傳輸鏈路：電纜、天線等傳輸介質(zhì)的阻抗特性隨信號(hào)強(qiáng)度變化，引入非線性失真。

電源系統(tǒng)：開關(guān)電源產(chǎn)生的紋波通過電磁耦合進(jìn)入信號(hào)鏈路，會(huì)誘發(fā)諧波成分。

電磁干擾：強(qiáng)信號(hào)對(duì)弱信號(hào)的交叉調(diào)制作用，會(huì)使弱信號(hào)中產(chǎn)生諧波失真。

四、諧波失真的主要類型

（一）按諧波次數(shù)分類

偶次諧波：包括二次、四次等諧波，其波形具有對(duì)稱特性，會(huì)使信號(hào)波形產(chǎn)生不對(duì)稱畸變。在音頻系統(tǒng)中，適量的偶次諧波有時(shí)會(huì)被認(rèn)為能增加聲音的 “溫暖感”。

奇次諧波：包括三次、五次等諧波，其波形具有反對(duì)稱特性，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)波形的對(duì)稱性畸變。奇次諧波通常會(huì)使音頻信號(hào)產(chǎn)生 “刺耳感”，在通信和電力系統(tǒng)中也多表現(xiàn)為不利影響。

（二）按系統(tǒng)類型分類

音頻系統(tǒng)諧波失真：主要源于音頻放大器、揚(yáng)聲器等設(shè)備，對(duì)聽覺體驗(yàn)有直接影響。

通信系統(tǒng)諧波失真：由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等設(shè)備的非線性引起，會(huì)影響信號(hào)傳輸質(zhì)量和頻譜利用率。

電力系統(tǒng)諧波失真：多由開關(guān)電源、變頻器等非線性負(fù)載產(chǎn)生，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行和電網(wǎng)穩(wěn)定有重要影響。