示波器測量和計算訊號諧波含量

最近有一位麥科信示波器的使用者詢問如何使用示波器來計算訊號諧波含量，那麼我們今天就來系統地學習下示波器如何測量出訊號的諧波，如何計算諧波含量的具體的操作。

諧波的干擾，在電力系統中會影響電網供電質量，造成電能浪費，還會使電氣裝置以及導線過載執行，從而發熱，損耗增大，縮短使用壽命，甚至發生故障或燒燬，造成重大經濟損失。在訊號傳輸中，也會干擾通訊系統，降低訊號傳輸質量。

諧波含量是從交流量中減去基波分量後所得到的量，是評價電能質量的重要指標之一。那麼如何利用示波器找出訊號中的諧波呢？

我們來回顧一下示波器的FFT（快速傅立葉變換）功能。傅立葉變換認為，任何複雜的訊號都是由多個正弦波疊加而來的。

比如這個紅色訊號，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。

這裡，每個被分出來的藍色訊號都有不同的頻率，每個訊號有不同的電壓值。如果我們把這些訊號的頻率作為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（快速傅立葉變換）以後的樣子。從紅色直方圖中可以看出，頻率為0Hz的訊號成分電壓為0，代表該訊號不含有直流成分。而第一根紅線就是該訊號的基波，其頻率為1KHZ，幅值為896。6mV。透過X軸游標X1和X2的差值，我們發現第五條直線的頻率為9KHz，是基波的9倍，那就是九次諧波。透過Y軸游標Y1和Y2的差值，我們可以得知該次諧波的幅值為104mv。