在電子工程與音頻測試領域，總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD）是衡量信號質量的重要指標。普源DHO4404示波器作為一款功能強大的測量工具，不僅具備高精度的頻率與電壓測量能力，還支持頻譜分析與THD計算功能。本文將詳細介紹如何利用該示波器觀察THD，幫助用戶快速掌握操作步驟與注意事項，從而準確評估信號的失真特性。

一、THD的基本概念與測量原理
THD用于量化信號中諧波成分對基波的影響程度。當信號通過非線性系統（如放大器、濾波器）時，會產生高于基波頻率的諧波分量，這些額外成分會導致信號失真。THD的計算公式通常基于各次諧波幅值與基波幅值的比值，可表示為：
[THD = sqrt{frac{V_2^2 + V_3^2 + cdots + V_n^2}{V_1^2}}]
其中，
[V_1]
為基波幅值，
[V_2, V_3, cdots, V_n]
為各次諧波幅值。普源DHO4404示波器通過頻譜分析功能，自動提取各諧波分量并計算THD值，簡化了傳統的手動測量流程。
二、觀察THD的操作步驟
1. 連接待測信號
首先，確保示波器與待測信號源處于斷電狀態。使用BNC連接線或專用探頭將信號源輸出端與示波器的輸入通道（如CH1或CH2）連接。注意探頭的接地夾需正確連接至信號源的公共接地端，避免引入干擾或測量誤差。若信號電壓較高，建議使用高壓探頭并確認衰減系數設置正確。
2. 初始化示波器設置
按下示波器電源鍵，等待系統自檢完成。進入主界面后，調整垂直靈敏度（Volts/Div）與水平時基（Time/Div），使波形在屏幕上清晰顯示。例如，若信號幅值約為2V，可將垂直靈敏度設為“1V/Div”；若信號頻率為1kHz，則水平時基設為“1ms/Div”。觸發模式建議選擇“邊沿觸發”，并調整觸發電平以確保波形穩定。
3. 進入頻譜分析模式
在示波器菜單欄中選擇“頻譜分析”功能，通常可通過按下“Menu”鍵并導航至頻譜分析選項。啟用快速傅里葉變換（FFT）功能，設置分析參數：
窗函數選擇：根據信號特性選擇（如Hanning窗適用于瞬態信號，Rectangular窗適用于周期信號）。
頻率范圍：設置分析帶寬，通常覆蓋基波頻率的整數倍（例如，基波為1kHz時，可設置至10kHz或更高）。
分辨率帶寬：調整至合適值以提高頻譜精度，但需注意過高的分辨率可能導致計算時間延長。
4. 采集信號并觀察頻譜
按下“Run”鍵啟動信號采集，示波器將顯示信號的頻譜圖。在頻譜圖中，基波頻率對應的峰值即為
[V_1]，其余各次諧波（如2倍頻、3倍頻等）的幅值為
[V_2, V_3, cdots]。通過光標定位或標記功能，記錄各關鍵點的幅值數據。

5. 計算THD值
有兩種方式獲取THD結果：
手動計算：根據記錄的基波與諧波幅值，代入THD公式計算。例如，若基波幅值為5V，二次諧波為0.5V，三次諧波為0.2V，則
[THD = sqrt{frac{0.5^2 + 0.2^2}{5^2}} approx 0.02]。
自動計算：部分示波器（如DHO4404）具備自動THD測量功能。在頻譜分析界面中找到“THD”選項，示波器將直接顯示計算結果，省去手動計算的繁瑣步驟。
三、關鍵注意事項
1. 信號輸入控制
- 避免輸入信號過載：若信號幅度超過示波器的量程，可能導致波形削頂失真，影響THD測量精度。需提前調整垂直靈敏度或探頭衰減比例。
- 選擇合適耦合方式：若信號含直流成分，建議將輸入耦合模式設為“DC”，確保頻譜分析的準確性。
2. 環境干擾抑制
- 測量環境應盡量減少電磁干擾，如關閉附近大功率設備或采用屏蔽措施。
- 避免使用過長或未屏蔽的連接線，以降低外部噪聲對信號的影響。
3. 參數優化
窗函數選擇：不同窗函數對頻譜泄露的抑制效果不同，需根據信號類型調整。例如，矩形窗適用于穩態信號，而Hanning窗適用于瞬態或噪聲較大的信號。
頻率分辨率：提高分辨率可更精確區分諧波分量，但需權衡測量時間與精度需求。
四、應用案例：音頻功放THD測試
以音頻功率放大器為例，測試其輸出信號的失真特性：
1. 將功放輸出端連接至示波器CH1通道，設置輸入量程為“10V/Div”（假設功放輸出峰值約為10V）。
2. 啟動頻譜分析，設置頻率范圍至20kHz（覆蓋人耳聽覺范圍），窗函數選擇Hanning。
3. 調整功放輸入信號為1kHz正弦波，逐步增大輸入幅度，觀察THD的變化趨勢。
4. 記錄不同功率輸出下的THD值，分析功放的失真特性。例如，當輸出功率為10W時，THD為0.5%；功率提升至20W時，THD可能增至1.2%，提示系統接近非線性區。
五、總結與進階應用
普源DHO4404示波器的THD觀測功能為工程師提供了直觀的信號失真評估手段。通過合理設置參數、優化信號輸入與頻譜分析條件，用戶不僅能快速獲取THD數值，還可結合頻譜圖深入分析失真來源（如特定諧波過強可能指示電路缺陷）。此外，該示波器支持數據存儲與導出，便于生成測試報告或進行后續分析。
值得注意的是，高精度測量需依賴示波器的定期校準與探頭維護。用戶應確保設備在校準有效期內使用，并定期檢查探頭衰減系數與連接狀態。對于復雜系統（如多通道設備），建議分步測量各模塊輸出，逐步定位失真環節。

掌握THD觀測方法后，用戶還可探索示波器的其他高級功能，如波形疊加分析、實時頻譜監測等，進一步提升測試效率與信號分析深度。普源DHO4404示波器的靈活配置與高精度特性，使其成為電子設計與故障排查中不可或缺的工具。

審核編輯 黃宇