諧波失真(THD)是指原有頻率的各種倍頻的有害干擾。由于放大器不夠理想，放大1kHz的頻率信號時，可能會產(chǎn)生2kHz的2次諧波和3kHz及許多更高次的諧波，這些諧波會致使輸出波形失真走樣。這種因諧波引起的失真叫做諧波失真。2軟件設(shè)計(jì)

2.1虛擬儀器技術(shù)

所謂虛擬儀器技術(shù)，就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用。虛擬儀器自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NILabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號相連，可以分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果,并有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。

虛擬儀器由硬件部分和軟件部分構(gòu)成，本文采用了NILabVIEW8.6軟件及NIcDAQ系列的采集板卡，包括4通道同步模擬輸出的NI9263和8通道模擬輸入的NI9221采集板卡。

2.2軟件流程

本測試系統(tǒng)由模擬輸出通道(AO)提供音頻正弦信號給功放電路板，再經(jīng)模擬輸入通道(AI)由板卡采集信號，最后由LabVIEW軟件程序?qū)崿F(xiàn)分析顯示。整個程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示。 

將NI9221和NI9263的地端相接，并與功放板的地端相接，從NI9221的Ai1端弓|出一根線與功放板的輸入端相接,同時從NI9263的Ao0端弓|出一根線與功放板的輸出端相連。

2.3音頻信號發(fā)生程序

圖4所示是一個虛擬音頻信號發(fā)生器的系統(tǒng)原理圖，它由函數(shù)SineWaveform.vi函數(shù)模塊產(chǎn)生正弦波，然后通過DAQmx的模擬輸出通道將信號從采集板卡輸出。

2.4采集分析顯示程序

圖5所示系統(tǒng)的虛擬采集分析模塊原理圖。系統(tǒng)由波形圖顯示功放輸出電壓波形，由基本平均直流-均方根.vi測試uo的幅度，由諧波失真函數(shù).vi計(jì)算THD值，由功率譜、功率及頻率估計(jì)函數(shù)測試信號頻率和峰值功率。

3.1測試系統(tǒng)搭建

本文測試的功放板是音響系統(tǒng)自帶的功放板，性能良好。測試系統(tǒng)連接圖如圖6所示，其中包括電源、功放板、采集板卡、計(jì)算機(jī)等四部分之間的連接。 

本測試系統(tǒng)的電源電壓加在功放電路板上，由采集板卡提供音頻輸入信號并采集信號，然后在LabVIEW中運(yùn)行程序,即可顯示測試結(jié)果。

3.2測試步驟

利用該虛擬儀器測試系統(tǒng)進(jìn)行測試的步驟如下：

(1) 參照圖4所示的測試系統(tǒng)框圖連接電路，檢查無誤后通電；

(2) 運(yùn)行“音頻信號發(fā)生器.vi”程序，產(chǎn)生f=1kHz，K_P=1V的正弦波信號，程序中采集率設(shè)置為F=100000S/s；

(3) 運(yùn)行“采集分析vi”程序，用波形圖顯示輸出電壓Uo的波形，并顯示直流值和峰值，存儲記錄輸出電壓"。、輸出功率Po和總諧波失真度THD的值；

(4) 在“音頻信號發(fā)生器vi”程序中增大正弦波信號的幅度，觀察“采集分析.vi”中輸出電壓Uo的波形是否失真,并不斷增大V_lp的大小，直到Uo出現(xiàn)失真，從而找到Uo的最大不失真值;

(5) 存儲并記錄最大不失真的輸出功率Po和Uo波形最大且不失真情況。

4測試結(jié)果分析

4.1最大不失真測試

表1所列是其具體的最大不失真測試數(shù)據(jù)，其最大不失真和失真波形分別如圖7和圖8所示。

從表1可以直接讀出的參數(shù)有功放板輸出電壓的峰值匕p、峰值功率Po以及總諧波失真度THD值。經(jīng)仔細(xì)計(jì)算發(fā)現(xiàn),P=V^/Rl，其中Rl=4。，這與理論公式相一致，說明測試的數(shù)據(jù)是正確的。 

目前，較好的揚(yáng)聲器的諧波失真指標(biāo)不大于5%。通過分析THD值發(fā)現(xiàn)，在波形不失真之前，THD<5%，而一旦有失真，THD就會增大很多。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與經(jīng)驗(yàn)值相吻合。

4.2下限截止頻率測試

頻帶寬度BW₀.₇=/h-/L，特性曲線如圖1所示。因采集板卡的采樣率低，不能測出上限截止頻率fn，因此，本文只測下限截止頻率府。具體測試時，首先要保證音頻測試輸入信號正弦波的幅度為最大不失真時的相應(yīng)的值；另外，從f=1kHz開始,可逐漸減小正弦波的頻率，隨時觀察功放板u的波形有無失真,Vop有沒有減小。當(dāng)頻率f減小到一定值時，輸出灼開始減小；當(dāng)Vop減小到原來的0.707倍時，記錄此時的正弦波頻率府，該頻率即為下限截止頻率。其測試數(shù)據(jù)如表2所列。

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)戶1kHz，4=0.9V時，波形為最大不失真，此時該頻率的灼X0.707與f=157Hz的原的數(shù)值相同，所以下限截止頻率為157Hz。

5結(jié)語

本文中的測試軟件采用LabVIEW8.6編寫，利用其豐富的測試函數(shù)配合數(shù)據(jù)采集卡縮短了開發(fā)時間，實(shí)現(xiàn)了對功率放大器信號頻率、振幅、放大系數(shù)、諧波失真、截止頻率等參數(shù)的測試與分析。

與傳統(tǒng)測試方案相比，虛擬儀器的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 集成多臺儀器于一身。本文的功放參數(shù)測試虛擬儀器測試系統(tǒng)就集成了四種儀器：音頻函數(shù)信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、頻譜分析儀、萬用表。

(2) 可以一次測試多個功放板，大大提高了測試效率。由于采用NI9221數(shù)據(jù)采集卡有8路模擬輸入(AI)通道，因而可以同時測試4~8個功放板。

(3) 具有數(shù)據(jù)存儲打印功能。由于虛擬儀器直接在計(jì)算機(jī)平臺上運(yùn)行，因此，利用LabVIEW軟件中的“文件I/O函數(shù)”可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲。外接打印機(jī)時，運(yùn)用打印報(bào)表函數(shù)功能還可以直接打印測試報(bào)表。

當(dāng)然，本項(xiàng)目也還存在一些需要改進(jìn)的地方：首先是應(yīng)能判別功放板是否合格。應(yīng)當(dāng)將標(biāo)準(zhǔn)功放板的測試指標(biāo)做成數(shù)表，并事先存入數(shù)據(jù)庫中，然后，當(dāng)功放板進(jìn)行測試時，再將測試結(jié)果自動與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，從而判斷是否合格。其次是硬件的完善。功放板上的輸入、輸出端口應(yīng)當(dāng)留出測試用的接線端子，以實(shí)現(xiàn)功放板與采集板卡的零干擾連接，從而進(jìn)一步完善接口電路部分。