利用精度不够的测试仪表测试低失真的放大器

80968640

利用精度不够的测试仪表测试低失真的放大器
9 g- R" S* P% a


依旧是在网上遇到的事情，关于讨论放大器失真测试的故事，它起因于在一个微信群中，有朋友提起一个有趣的话题，那就是用真空管放大器究竟能达到多低的失真。

1 U2 e% o% ?% o为了说明问题，我就提供了前些年我设计的睿歌6L6GC 推挽功率放大器的测试数据。
8 |* ?  l7 o! c+ M4 p2 l  o


/ M) H) V) D( B额定输出功率：24W*2       阻尼系数：14
5 l& x! Z/ J0 C: z, j. I
3 h0 V  R# [. y6 Y. E$ @; t信噪比：90dB(不计权)      灵敏度：0.6Vrms
1 g6 E( m: x2 s( k8 X4 [; T
9 ?  S3 {6 q: N' S4 q频率特性：13Hz～80KHz(-1dB  Pout=12.5W)
' p. t4 J" I4 s! a0 z/ M8 y
0 P& n8 w4 \" L$ g7 }4 A* S& ~0 K总谐波失真：THD≤0.21%(Pout=24W   1KHz)
7 \0 I: E/ y% P; Y9 h
$ ^" ~$ b" g6 f1 z. u        THD≤0.052%(Pout=20W  1KHz)
. ~& ?& P+ q$ e1 @! D3 @  }
* F: _- _0 E5 f        THD≤0.028%(Pout=1W   1KHz)
, @+ v& W- l" P, A6 g* l8 l
& V' h% o5 ^5 K( k5 C" \) K, r因为我提供的这个放大器的测试数据，引起了一些朋友们的议论。有初烧笑道：“怎么可能有如此低的失真？绝对不真实，晶体管放大器也不过如此”（那是因为他根本没有接触到优质的晶体管功率放大器）。

有朋友说道：“胆机，玩的就是失真，失真低了，那还叫胆机吗”？（照此说法，我们大家都听收音机算了）

还有一位所谓的“高手”在群内通过微信语音说道：“你怎么可能测得这么低的失真？你用的信号发生器的失真都比这台放大器的失真还高”（言下之意是，你提供的无非是虚假测试指标）。
$ V2 j. D. h( d2 c3 a% V4 R" L# J# e
这么多年来，接触过无数的朋友们，这么多年来，看到了各种各样的说法和自以为是的见解。
1 L1 j( J; i! F% h
- ]  A- c  a6 V- Z0 a, j8 |6 ^有的朋友，你同他谈技术的时候，他谈声音；你同他谈声音的时候，他跟你谈技术；当你拿出实际测试结果的时候，他又根本不相信。
7 a! Q3 |+ E" C, k
这世界上有无数的高精度测试仪表供我们测试音频内的所有参数，无论是AP、健悟、松下、目黑，安捷伦，更还有售价高达二十多万一台的新款罗德&施瓦茨音频分析仪。
8 Q, w* F$ @# X
, u" M* {7 t4 n5 V# G8 P' [见识决定了高度。

; X6 F8 z4 K) Q3 _6 K我们千万不能用我们有限的见识，去评论自已不熟悉的领域和事情，更不要匆忙为一个事情下断语，要知道，有的时候，您所自以为是的理解，在一些专业人士眼中，或许只是一个笑话。

" F# {+ U1 y2 z8 R) e学习，才是保持我们不断进步的唯一途径。

( ]5 J6 R$ u- s7 R, |4 F当然，这是题外话，是这篇技术性稿件之外的一些经验，您将它看成是一篇对于初烧友和键盘侠们的告诫也成。
7 V3 i9 H( P6 |
; V5 U+ \5 g- T. D! E- B2 s这篇稿件的形成，就是因为这其中一位所谓“老烧”所提到的问题，“你所采用的信号发生器，本身的失真就高于测试放大器的失真了，你怎么可能测出这么低的失真”？且不说，我所测试的指标，全部是由音频分析仪所测得到的结果，并不是由单独的信号发生器（事实上，一些极高端的低频信号发生器，所能提供的音频信号，其THD甚至比很多音频分析仪的测试极限还低）、半自动失真仪所测试而得，就是从技术层面上来讲，我们哪怕没有非常高精度的音频分析仪，我们依然能够利用精度不够的测试仪表来测试低失真的高性能音频放大器，这需要我们掌握正常的测试技巧和理解放大器失真所产生的原理，当我们掌握了原理后，我们可以通过对比的测试结果，通过计算公式计算得到低失真音频放大器的真实失真值。

4 i8 n4 w7 S0 H3 y8 j# ?  v在许多年前，音频分析仪死贵死贵的年代，我也曾有单独的低频信号发生器、毫伏表、半自动失真仪，还有示波器等等一大堆的仪表，那个时候，制作文章中所有的测试数据便是依据它们所测得。过去如此多年，有些仪表的型号我依然记得，信号源是经典的低频信号发生器XD-2，毫伏表型号好像是DA-16，示波器最早期的模拟型号就不提了，后面用的是非常经典的惠普早期数字示波器HP54503A（这台数字示波器非常好用，后来出了问题，但让我一直怀念至今），失真仪最早期用的目黑，后来换成了朋友送给我的一台半自动失真仪ZQ4121A。在测试一些失真非常低的放大器时，它就遇到了信号发生器的本底失真值高于音频放大器总谐波失真指标的情形。
/ p- O9 X1 f. f5 D; q
遇到这样的情况，我们是如何利用手中现有的精度不高的仪表测试低失真音频放大器的呢？

' ^4 y8 U5 G4 V* g在《音响和音乐》第二十三期中，有一篇我的文章《用数字示波器的FFT分析功能测试音频放大器的总谐波失真》，其中有一个非常重要的公式：



+ x1 I# a& p& Q: ?/ ?0 L0 b这个公式告诉了我们，在一台放大器中，总谐波失真是由各次谐波失真的叠加而成的。
+ h) I0 Q8 q& n& E6 U& P
, S- l. J7 M5 P2 `, b) C. [而在一个音响系统中，系统的总谐波失真同样是由各个器件的总谐波失真叠加而成的，这个规律不变，也就是：



1 L# G4 A3 `( }$ O  ]我们如何利用手中测试精度不够高的仪表，来测试一些失真非常低的放大器失真特性呢？

! t1 g' s3 q! A4 w( G这样的情况其实在我们许多场合中的应用比比皆是，例如手中只有简单的低频信号发生器或函数信号发生器，还有一台例如前面我所提到的ZQ4121A半自动失真测试仪，我们要测试一台高质量的晶体管或真空管功率放大器、前级放大器。那台需要测试的高品质放大器，其失真可能低至百分之零点零零几，可手中那台低频信号发生器的THD手册参数仅为0.02%左右（很多经济型函数信号发生器的典型总谐波失真值远高于此参数），ZQ4121A失真仪的可分辨测量值可以低至0.01%，这问题就出现了，两者的本底失真和精度都劣于所需要测试的放大器，我们如何能够利用手头现有的测试设备完成对放大器的有效测试呢？
1 k4 P4 M7 O* @6 `  _& \# B
+ ]  q& C! d+ |这时，我们就要利用到前面所提到的式二了，我们要利用系统的总谐波失真是由各个分立部件的总谐波失真叠加的公式，来测试并计算得到最终的各部件总谐波失真，也就是，得到本文中所提到的那个需要测试的放大器失真。
* }1 j8 n9 w+ w7 V7 u9 S! r7 b
测试之前，先得有点儿准备工作。

1 d7 P. j& @! N2 e+ C+ }如果您想得到精确的测试结果，那么您得保证有一个稳定的市电供应，最好是干扰相当小的，或者您可以找一个性能特性优良的市电稳压电源，供测试用的放大器、测试仪表使用，这样可以减少测试仪表的指针因电压的波动或干扰导致轻微的晃动，也可以降低被测试的放大器因电压的波动造成的失真度变化。

测试放大器的失真之前，我们一定要用失真仪测试信号源的本底失真，切记，这是最重要的一个步骤，是一个测试计算的基准。
3 S( }( s( E( f7 K# ^# m$ Y7 f
我们用具体的数据举例进行说明，例如，我们测试一台放大器，测试仪表为一台函数信号发生器或低频信号发生器，一台ZQ4121A半自动失真仪。

测试信号发生器的本底失真，我们将ZQ4121A的测试电缆直接接在信号发生器的输出，测得信号发生器的本底失真为0.02%。
1 ]! `) k  T1 {! u
将信号发生器的输出信号接至被测试的放大器，将真空管放大器或晶体管放大器接上额定的负载电阻，这只电阻应该是无感的品种。我们测出，音频放大器的失真值在ZQ4121A上的指针显示值为0.021%。
* c  o8 Z4 u; S4 ^3 v3 q. {$ o9 ]
' w" k  V0 a" h( v, ^& ?- W此刻，我们得到的这个0.021%的THD值，其实是被测放大器的THD值与信号源本底THD值的叠加值了，这个，大家应该都理解得了。
6 {. C2 N) f5 V3 _
. |* Y  z: f7 f# n我们知道了低频信号发生器的本底失真，知道了被测音频放大器的THD测试值，我们自然能通过式二求解出被叠加的音频放大器的真实值，此值为：

' p  ^, W, `3 V- p
2 X/ g6 z: g- g( v1 F; X
8 Q+ D& Z( A5 `, K1 o0.0064%的总谐波失真值，已经远低于ZQ4121A失真仪0.01%的最低测试值了。

你看，通过这个简单的公式，我们用精度不够的测试仪表同样能计算得到失真非常低的音频放大器的失真特性，是不是很方便？
8 L1 G9 o3 T6 C7 n( e  z' u
上面的只是我举例子说明这个计算的过程，由于手中早已没有了那个ZQ4121A半自动失真仪，所以上面举例所显示的0.021%的失真值在其刻度盘上不一定能精准显示，或者没有足够的分辨能力，但是足以让大家了解这个计算的方法，经过我许多年以前用音频分析仪曾进行过的对比，这种计算方法还是比较精确的，只要您在指针表上的读数相当准的话。

当然，如果您所测试的放大器，总谐波失真值远超过测试仪表本底失真的话，那我们就没有必要采用这种计算方法，直接测试仪表读数即可。
) S2 o( G9 o& J* }- b6 d+ X6 C
但是，此种方法亦有局限性，如果信号源和失真仪的测试精度都比较差，那么测试计算得到的结果，精度自然也受限，您不能指望最低测试精度为0.03%甚至0.1%的失真仪，能辨别失真低达0.01%的失真，因为叠加后的失真所产生的那点儿差异，失真仪都分辨不出来了，这是很简单的一个道理。

1 c9 Q# n" [( e% k: \3 v, X, O 手中有信号发生器、自动失真仪的朋友们，如果您遇上高品质的放大器测试，而手中测试仪表测试精度又不够的情形，您不妨按照上面所提到的方法一试，它同样能带给您较为精准的测试结果。

fanyin

利用精度不够的测试仪表测试低失真的放大器