[经验]

什么是THD+N

2019-9-18 09:05:16

6598 谐波放大器

在介紹音頻的功率放大器文章裡頭, 我們常常會看到THD+N, THD+N的英文是Total HARMonic Distortion + Noise的縮寫. 它是音頻的功率放大器的一個主要性能指標, 也是規範音頻的功率放大器的額定輸出功率的一個條件.

中文名稱:總諧波失真加噪音
實際應用:聲音放大的失真程度(音色)
外文名稱:THD+N
範圍:0.00+n%~10%
應用對象:音頻功率放大器
測試條件:FIN=1KHz

何謂THD+N:

理想的音頻功率放大器, 若不考慮該功率放大器的增益大小, 輸入一個固定的頻率正弦波信號, 理想的輸出是不會失真(波形沒有變形). 沒有noise的正弦波信號. 但實際功率放大器在應用上輸出一定無法達成理想也一定會有失真. 並且疊加了noise在上面. 波形的失真是由於在正弦波上面加了多種高次諧波造成的(如1.3.5次諧波..等等). 所以稱為總諧波失真. 簡單說理想的THD+N=0%, 但實際上由於元件的內外組成會一定失真值. 這個值一般都在0.00n%~10%之間(n=1~9)

何謂THD+N 性能指標:

既然THD+N是表示失真+噪音, 因此THD+N自然是越小越好. 但這個指標是在一定的條件下測試的, 同一個音頻功率放大器, 若改變其條件, 其THD+N的值會有很大的變動. 這裡指的條件是, 一定的工作電壓VCC (VDD), 一定負載RL, 一定的輸入頻率FIN(1KHz), 一定的輸出功率Po 這些條件下進行測試. 若改變其中的條件, 則THD+N會得到不同的.
例如: 某一音頻功率放大器，在VDD=3V、FIN=1kHz、RL=32Ω、Po=25mW條件下測試，其TDH+N=0.003%，若將RL改成16歐，使Po增加到50mW， VDD及FIN不變，所測的TDH+N=0.005%.
一般來說, 輸出功率小（如幾十mW）的高質量音頻功率放大器（如用於MP3播放機）, 它的THD+N指標可達10-5, 具有較高的保真度. 輸出幾百mW的音頻功率放大器, 要用揚聲器放音, 其THD+N一般為10-4. 輸出功率在1～2W, 甚至THD+N更大些, 一般為0.1～0.5% . THD+N這一指標大小與音頻功率放大器的結構類別有關（如A類功放、D類功放），例如D類功放的噪聲較大. 則THD+N的值也較A類大.

這里特別要指出的是資料中給出的THD+N這個指標是在FIN=1kHz下給出的, 在實際上音頻範圍是20Hz～20kHz, 則在20Hz～20kHz範圍測試時, 其THD+N要大得多, 例如:某音頻功率放大器在1kHz時測試, 其TDH+N=0.08%. 若FIN改成20Hz-20kHz, 其他條件不變, 其THD+N變為小於0.5%。

輸出額定功率的條件:

過去有用 “不失真輸出功率是多少”, 這種說法來說明其輸出功率大小. 這話的意思指的是輸出的峰對峰值沒有 “截頭” 現像出現, 即Vout(P-P)=Vcc-（上壓差+下壓差）這種說法是不科學的. 即使不產生截頭, 它也有一定的失真. 較科學的說法是THD+N在某一指標下可輸出的功率是多少. 即在一定的Vcc電壓、一定的負載電阻RL時、一定的THD+N下可輸出多少功率. 這輸出功率一般是在這條件下的最大輸出功率, 稱為額定功率. 音頻功率的額定功率主要取決於Vcc的大小.在THD+N不變條件下, 如Vcc=5V, RL=4Ω時, 輸出額定功率為2W；若Vcc=3V、RL=4Ω時, 輸出額定功率降為0.7W. 當然, 若額定功率為2W, 如果增加輸入電壓使輸出超出2W, 則其TDH+N必然大於額定值時的THD+N值.

輸出功率在100mW左右的音頻功率放大器常用THD+N=0.1%作為額定輸出功率的條件. 例如, 某立體聲耳機的音頻功率放大器, 在THD+N=0.1%, 輸出功率為80mW. 這80mW可看作該音頻功放的額定輸出功率.
輸出功率達幾百毫瓦的常用THD+N=1%為條件. 如某音頻功率放大器在Vcc=5V、THD+N=1%時可輸出330mW. 這330mW也可看作是在Vcc=5V時的額定輸出功率. 從上面可以看出；這裡的THD+N=0.1%、1%的值僅僅作為輸出額定功率的一個條件. 實際應用時比額定輸出功率要小，其THD+N的值也要小得多. 例如，Vcc=5V, 額定輸出功率為330mW時, 其條件是THD+N=1%. 若同樣在Vcc=5V, 輸出功率降為120mW時, 其THD+N的典型值僅為0.02%.