利用示波器計算信號諧波含量

最近有一位麥科信示波器的用戶詢問如何使用示波器來計算信號諧波含量，那么我們今天就來系統(tǒng)地學習下示波器如何測量出信號的諧波，如何計算諧波含量的具體的操作。

諧波的干擾，在電力系統(tǒng)中會影響電網(wǎng)供電質(zhì)量，造成電能浪費，還會使電氣設備以及導線過載運行，從而發(fā)熱，損耗增大，縮短使用壽命，甚至發(fā)生故障或燒毀，造成重大經(jīng)濟損失。在信號傳輸中，也會干擾通信系統(tǒng)，降低信號傳輸質(zhì)量。

諧波含量是從交流量中減去基波分量后所得到的量，是評價電能質(zhì)量的重要指標之一。那么如何利用示波器找出信號中的諧波呢？

我們來回顧一下示波器的FFT（快速傅里葉變換）功能。傅立葉變換認為，任何復雜的信號都是由多個正弦波疊加而來的。

比如這個紅色信號，我們就可以看作是多個藍色正弦波在垂直向量上的疊加。其中頻率最小，電壓最大的那個藍色正弦波稱之為基波，頻率為基波2倍的藍色正弦波稱之為2次諧波。同理，頻率為基波3倍的藍色正弦波稱之為3次諧波，以此類推。

這里，每個被分出來的藍色信號都有不同的頻率，每個信號有不同的電壓值。如果我們把這些信號的頻率作為X軸，電壓值作為Y軸，就會是下面這樣：

如下圖紅色直方圖就是對示波器的校準方波進行FFT（快速傅里葉變換）以后的樣子。從紅色直方圖中可以看出，頻率為0Hz的信號成分電壓為0，代表該信號不含有直流成分。而第一根紅線就是該信號的基波，其頻率為1KHZ，幅值為896.6mV。通過X軸光標X1和X2的差值，我們發(fā)現(xiàn)第五條直線的頻率為9KHz，是基波的9倍，那就是九次諧波。通過Y軸光標Y1和Y2的差值，我們可以得知該次諧波的幅值為104mv。

那么如何計算該次諧波的含量呢？給出公式：

某次諧波的含量 = 某次諧波的大小 ÷ 整個波形的均方根值 x 100%

用這個方法，我們來計算一下一個1MHz方波的7次諧波電壓含量。

如圖所示，黃色是頻率為1MHz，有效值為2.369V的方波，紅色是FFT（線）后的直方圖。該基波的頻率為1MHz，光標框選出來的諧波頻率為7MHz，即第七次諧波，其電壓值為188mV。

所以該信號第七次諧波含量為（0.188 ÷ 2.369）X 100% ≈ 7.936%