一、諧波失真的危害

（一）對(duì)音頻系統(tǒng)的危害

破壞聲音的保真度，使音質(zhì)變得粗糙、失真，影響聽覺體驗(yàn)；掩蓋音樂中的細(xì)節(jié)信息，降低聲音的層次感和清晰度；長期處于失真的聲音環(huán)境中，可能對(duì)人耳造成一定的損傷。

（二）對(duì)通信系統(tǒng)的危害

導(dǎo)致頻譜污染，干擾相鄰頻段的通信信號(hào)，降低頻譜利用率；使數(shù)字通信中的星座圖點(diǎn)偏離理想位置，增加誤碼率，影響通信質(zhì)量；降低接收機(jī)的靈敏度，使弱信號(hào)難以被正確接收。

（三）對(duì)電力系統(tǒng)的危害

增加變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的損耗，導(dǎo)致設(shè)備過熱、效率降低，縮短使用壽命；引起電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變，影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行；干擾電能計(jì)量裝置，造成計(jì)量誤差，影響電力貿(mào)易的公平性；可能導(dǎo)致保護(hù)繼電器誤動(dòng)作，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

二、諧波失真的測量方法

（一）基本測量流程

信號(hào)源產(chǎn)生低失真的正弦波輸入信號(hào)，其自身諧波失真應(yīng)遠(yuǎn)低于被測系統(tǒng)；被測設(shè)備在額定工作條件下處理輸入信號(hào)；采用適當(dāng)方法抑制輸出信號(hào)中的基波分量；測量剩余諧波分量的功率或幅度；根據(jù)基波和諧波的測量結(jié)果計(jì)算諧波失真指標(biāo)。

（二）常用測量技術(shù)

濾波法：使用高 Q 值陷波濾波器濾除基波，再通過功率計(jì)或電壓表測量剩余諧波的總功率或電壓，計(jì)算 THD。該方法結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適合低頻信號(hào)（如音頻）測量，但陷波深度有限，頻率調(diào)節(jié)不便。

頻譜分析法：利用頻譜分析儀直接測量信號(hào)的頻譜，讀取基波和各次諧波的幅度或功率，進(jìn)而計(jì)算 THD 等指標(biāo)。該方法可同時(shí)觀察各次諧波的分布，頻率范圍寬，適合寬帶信號(hào)分析，但對(duì)頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍要求高，測量時(shí)間較長。

互調(diào)失真法：將兩個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)輸入被測系統(tǒng)，測量輸出信號(hào)中的互調(diào)產(chǎn)物（如 2f1-f2、2f2-f1），以此評(píng)估系統(tǒng)的非線性程度。該方法更接近實(shí)際信號(hào)環(huán)境，能反映非線性的交互作用，但分析復(fù)雜，設(shè)備成本高，主要用于通信系統(tǒng)的非線性評(píng)估。

（三）測量注意事項(xiàng)

確保信號(hào)源的純凈度，其 THD 應(yīng)至少比被測系統(tǒng)低 10 倍（即 20dB），必要時(shí)需在信號(hào)源與被測設(shè)備之間增加低通濾波器；控制測量環(huán)境，采取電磁屏蔽措施防止外部干擾，采用單點(diǎn)接地避免地環(huán)路噪聲，保持環(huán)境溫度穩(wěn)定以減少器件參數(shù)漂移；保證系統(tǒng)匹配，確保信號(hào)源、被測設(shè)備和測量儀器之間的阻抗匹配，避免因功率過大導(dǎo)致額外的非線性失真。

三、諧波失真的抑制措施

（一）器件選擇與優(yōu)化

選用線性特性好的器件，如線性范圍寬的晶體管、低損耗的無源元件等；優(yōu)化器件工作點(diǎn)，為放大器設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，確保信號(hào)工作在線性區(qū)；為功率器件提供足夠的電壓裕量，避免進(jìn)入飽和或截止區(qū)；采用溫度補(bǔ)償措施，選用具有互補(bǔ)溫度特性的元件組合，或?qū)Ω呔仍O(shè)備采用恒溫控制，減少溫度變化對(duì)器件參數(shù)的影響。

（二）電路設(shè)計(jì)改進(jìn)

應(yīng)用負(fù)反饋技術(shù)，將輸出信號(hào)的一部分反相后反饋到輸入端，抵消非線性誤差，可有效降低 THD；采用前饋補(bǔ)償電路，檢測放大器的非線性失真并產(chǎn)生反相補(bǔ)償信號(hào)注入輸出端，適合高頻應(yīng)用場景；設(shè)計(jì)線性化網(wǎng)絡(luò)，如在信號(hào)路徑中加入與放大器特性相反的非線性網(wǎng)絡(luò)，利用二極管的非線性抵消晶體管的非線性等；優(yōu)化電源設(shè)計(jì)，使用低噪聲線性穩(wěn)壓器減少電源紋波，采用多級(jí)濾波電路防止電源噪聲耦合到信號(hào)路徑，采用雙電源供電減少偶次諧波。

（三）系統(tǒng)級(jí)控制策略

優(yōu)化信號(hào)路徑，采用分級(jí)處理方式將大信號(hào)分成多個(gè)小信號(hào)路徑處理后再合成輸出；合理規(guī)劃頻率，避免諧波頻率落在敏感頻段；做好全信號(hào)路徑的阻抗匹配，減少反射引起的非線性。

加強(qiáng)濾波與隔離，在輸出端加入低通濾波器抑制高次諧波；對(duì)敏感電路采用金屬屏蔽盒減少電磁耦合；采用星型接地或接地平面設(shè)計(jì)，避免地環(huán)路引起的失真。

引入自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制，通過自動(dòng)增益控制在輸入信號(hào)過大時(shí)降低增益，避免進(jìn)入非線性區(qū)；采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的非線性特性預(yù)先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，抵消系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波失真。

四、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

不同領(lǐng)域針對(duì)諧波失真制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行和兼容性。

音頻領(lǐng)域：如 IEC 60268-3 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)音頻設(shè)備的諧波失真等性能指標(biāo)做出了規(guī)定。

通信領(lǐng)域：如 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)基站發(fā)射機(jī)的諧波輻射提出了明確要求，確保不對(duì)其他頻段造成干擾。

電力領(lǐng)域：IEEE 519 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了公共電網(wǎng)中諧波電流和電壓的限值；IEC 61000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)低壓設(shè)備的諧波發(fā)射制定了限值要求，以維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。