我们都希望能从广播收音机、扩音机或电视机的伴音系统中收听到清晰的语言广播、嘹亮动听的音乐节目，这就要求上述设备中的音频放大器质量良好，扬声器也应该具有优良的频率特性。但是，通过这些机器设备后重新放出来的声音，与原来的声音相比，总多少有些走样，听起来不那么逼真，甚至变得嘶哑难听，这就是通常所说的“失真”。这种失真的大小，可以用失真度测量仪测量出来。目前国产失真度测量仪大致有：SZ－1型；SZ－1A型；SZ－3型；BS－1型；BS－2型等。这里以我厂所产SZ－3型失真度测量仪为例，介绍其基本工作原理和使用方法，供大家参考。
一、声音的组成和失真的原因
在自然界中，各种物体振动能量的传播，就产生了声音，但人们能听到的声响，其振动频率大约在20赫（H\(_{Z}\)）到16千赫（KHZ），即所谓音频频率。一般说来，任何声响不是单一振动频率的能量（纯音），而是由许多振动频率的能量合成的。例如，对100赫钢琴声谱的测试表明，它是由16个不同频率不同能量的纯音合成的，各谐波振幅与基波振幅之比如图1（a）；而图1（b）所示100赫的黑管声是由10个不同频率的纯音组成的。收音机等设备中的音频放大器及其附属元件就应该如实地放大和反映这些声响，反映得越真实越好。但是，不同频率的音频信号通过放大器及其附属元件后会产生各种失真。例如，原音由f\(_{1}\)和f2两种不同频率的纯音组成，其幅度比为1:0.5。如果音频放大器对f\(_{1}\)纯音的增益为2，而对f2纯音的增益为1，这时新原音中f\(_{1}\)与f2之比为2:0.5，音调将产生变化，如图2（a）所示。这称为“频率失真”。
在同样条件下，设f\(_{1}\)和f2两纯音的起始相位均为零相，通过放大器后，f\(_{1}\)纯音的相位没有变动，f2纯音却产生了45°相移，此时新原音的变化如图2（b），这称为“相位失真”。
又如一个原音为f\(_{1}\)的纯音，其幅度为1。经放大器放大后，除对f1纯音放大为2倍外，同时又产生新的2f\(_{1}\)的谐音，幅度为0.5。这时新原音将产生更大的变化，如图2（c）所示。这就是所谓“谐波失真”。
综合上述，当一个复合原音通过质量低的音频放大器后，除了对原音中的各个纯音作不等量的放大外，还将产生许多谐音，这种新原音与输入原音相比变得面目皆非，通常叫这种现象为“失真”。
二、谐波失真度的测量原理
检测放大器的谐波失真，通常由音频振荡器提供一个近似纯音的信号（谐波失真度一般小于1％），送进被测放大器，例如，输入信号为1千赫，经被测放大器后，其输出中除有被放大的1千赫信号外, 还有新的2千赫、3千赫等各高次谐波信号（见图3）。谐波失真度测量仪器就要分别测出其中的高次谐波分量的总有效值和输出总信号的有效值，取其比值的百分数，定义为放大器的失真度，其计算公式为：
下面结合SZ－3型失真仪的方框图（图4），进一步说明。方框图所示各组成部分的工作原理，下面还要详细分析，这里先按几种不同工作状态说明各项测量的过程和各部分的联系。其中稳压电源、示波管电路和电压表电路在仪器工作时始终处于工作状态。 1．当工作开关K\(_{1}\)（四位联动开关）放于“分贝”位置（1）时，平衡变压器参与工作。本仪器接成一台平衡式电压表，可以用它测量有线平衡电路输出的音频信号电压，用分贝表示。
2．当K\(_{1}\)放于“电压”位置（2）时，本仪器作为一台不平衡电压表应用，可测量一般无线电设备的音频电压的大小。
3．当K\(_{1}\)放于“校准”位置（3）时（见图5），电桥电路中的文式电桥并联臂被短路，使第二放大管G11处于共栅工作状态，但电桥电路总放大倍数不变，此时电桥不起滤波作用，全部信号通过电桥电路，电压表指示之值是被测总信号的有效值，调节“校准”电位器R\(_{56}\)，使电压表指示满度，校准到1伏，即为上述公式（1）的分母。
4．当K\(_{1}\)放于“失真度”位置（4）时，文式电桥正常工作，将被测信号中的基波分量滤除，调节其调谐元件使电压表指示到最小值为止，即表示基波已完全滤除，此时电表指示值即为被测信号中的高次谐波分量的总有效值，即公式（1）中的分子，也就是失真度值。例如，指示值为0.1伏，则与校准值1伏相比为10％，失真度为10％；指示值为0.01伏，则为1％，依此类推。
三、电路工作原理
本仪器的电原理图见图5。
1．稳压电源电路：优秀收音机的低频放大器的失真度一般都小于5％（50毫伏），而优秀的扩音机则要小于1％（10毫伏）。本仪器要能测到0.03％（0.3毫伏）的失真度，因此要求直流电源非常稳定，波纹因数要小，要绝对避免各电路之间经电源电路引起的有害耦合现象。
本仪器采用220伏交流市电供电。用5 Z 4 P进行全波高压整流，然后经6C19П、6J3、WY－15Q组成电子稳压电路提供三组稳定的直流高压300伏、250伏和105伏，供给各部分电路。用6Z4进行半波高压整流，提供-450伏高压供给示波管的加速阳极。
仪器中各管的灯丝电源由六组灯丝电源提供，其中有三组灯丝电源单独供给电源部分电子管5Z4P、6Z4（EF）和示波管7SJ－32（GH）。供给主要电路电子管的两组灯丝电源AB和CD的输出端，分别接有电位器R\(_{1}\)和R2，调整它的位置，可以将50赫交流干扰调到最小。KL一组直流灯丝电源是通过桥式整流堆取得，供给G\(_{6}\)、G11、G\(_{12}\)三管，用直流供电是为了减小50赫交流电源对电压表指示的干扰。调节R3可使干扰抑制到最小。
2．不平衡电压表电路：本仪器内部的电压表，能保证在20赫到200千赫的频率范围内保持平坦的频率特性，完全满足音频电压测量要求。这部分电路的方框图如图6。其中第Ⅰ放大器（G\(_{6}\)）的增益为50倍，第Ⅱ放大器（G7、G\(_{8}\)）的增益控制为100倍。两级放大均为组合放大器，总增益为50×100＝5000倍，能将输入的1毫伏信号电压放大为5伏，以满足检波电路需要。检波电路由BG1～BG\(_{4}\)组成桥式检波，与附加元件构成准（即近似）有效值检波，其输出的直流电压推动电压表指示。通过开关转换，第1衰减器可衰减0、40或80分贝；第Ⅱ衰减器可提供10、20或30分贝的衰减。两级放大器和两组衰减器配合，通过分压器开关K3（K\(_{31}\)～K32）的转换，对强输入信号给以较大衰减，对弱信号则给以较小衰减，从而能保证1毫伏到300伏的被测信号电压均可测量。例如在“1mV0.1％—60dB”档，输入 1毫伏，第Ⅰ、Ⅱ衰减器衰减均为0分贝，通过两级放大，最后得5000毫伏（5伏）输出；在“300V＋50dB”档，输入电压为316伏，第Ⅰ衰减器给以80分贝衰减，第Ⅱ衰减器给以30分贝衰减，两级放大器给以5000倍放大，综合结果仍然得到5000毫伏输出，两种情况下均能满足检波要求。
各档电压的频率特性均由各档的调整电容配合，由厂方调好，以保证由20赫至200千赫的频率特性为±0.3～0.5分贝。
本仪器电压表表盘刻度划分为三种形式：
①0.1～1分度；②1～3分度；③－20～+2dB分度。其读数方法如下：
（1）当被测信号用V或mV读数时；加分压开关K\(_{3}\)在“100mV10％－20dB”位置，而指针指于0.4处，则被测信号电压有效值为40毫伏，若指在0.4～0.5之间某处，则依小格估读为42、48…毫伏。如分压开关K3放在“3V＋10dB”位置，而指针指于2.5处，则被测信号电压有效值为2.5伏。
（2）当被测信号用分贝读数时，本仪器不平衡输入端应并接600欧电阻。一般规定在600欧电阻上消耗1毫瓦功率，其电压值定为0dBm。当分压开关K\(_{3}\)放在“1V100％0dB”位置，而指针指于0处，则被测电压为0dBm。当K3放在“30V＋30dB”位置，若指针指于+2处，则被测电压为+30＋2=32dB；若指针指-5处，则为+30-5=25dB。
3．平衡电压表电路：在无线电仪器设备中，其输入和输出各自的两个端子中，都有一个端子与机壳相接（即所谓“接地”），为零电位，而另一端为高电位。这就是常说的不平衡输入或输出形式，见图7。
在有线电系统中，所用仪器设备常采用平衡式输入或输出形式，即两个端子均为高电位，与机壳 （零电位）不直接连接，两端对机壳的电位差相等，而且常设计为低阻抗输入和输出，如600欧等。
如果应用不平衡式的仪器对平衡式的设备进行检测，测量就不准确，而且会损坏被测设备。为了扩展本仪器的应用范围，在不平衡电压表电路之前接入一只平衡变压器，就可改变为平衡式电压表加以使用，如图8。本仪器的平衡变压器输入阻抗设计为大于20千欧。每个端子对地分布电容、电感和直流电阻均近似相等，以保证测试结果的正确。根据被测仪器的输入输出阻抗，可并入需要的电阻如600欧等。
本仪器平衡电压表能测量的信号频率范围为20赫～20千赫；幅度范围为1毫伏～300伏。在有线电系统中常用分贝读数，其读数方法如前所述。
4．电桥电路：本仪器对音频放大器的谐波失真度测量，其频率范围设计为20～20千赫。按照公式（1）的要求，电桥电路的频率特性也要做到200千赫，即保证20千赫信号的10倍频高次谐波分量能通过。前述电压表的频率特性做到200千赫，其道理也基于此。原理方框图如图9。
（1）输入衰减器：本仪器被测信号的幅度范围设计定为60毫伏到250伏。为了使输入到放大器Ⅰ的信号幅度始终保持60毫伏，对输入的强信号就必须给以大的衰减，而对弱信号给以较小衰减。这里由K\(_{4}\)控制，分三档用电阻分压器给输入信号以不同衰减（见图10）。当K4扳到上方时衰减小，可测量60毫伏～1伏信号；当K\(_{4}\)扳到中间位置时衰减较大，可测量1～16伏信号；当开关K4扳到下方时衰减最大，可测量16～250伏信号。
（2）第Ⅰ放大器：它由两个都处于甲类工作状态的单管放大器（G\(_{9}\)、G10）组成组合放大器，在两管之间加有很强的电压负反馈，使非线性失真减低到理想的程度。第二管G\(_{1}\)0处于自栅偏压工作，专司放大。第一管本身还加有电流负反馈，以抑制非线性失真。这样处理使SZ－3的失真度准确度指标一致性很好。
（3）文式电桥：文式电桥是由两组电阻值不随信号频率变化的电阻臂（Ⅰ、Ⅱ）和两组容抗值随信号频率变化的容抗臂（Ⅲ、Ⅳ）构成，如图11。该电路要求：R\(_{1}\)=2R2；R\(_{3}\)=R4=R；C\(_{1}\)=C2=C。由第Ⅰ放大器送来的被测信号为：
调整第Ⅰ臂电位器R\(_{1}\)（即图5中的R71，面板上为相位旋钮），使R\(_{1}\)=2R2，就使U.\(_{0}\)=U.AB=3U。\(_{CB}\)。依电阻特性，电阻R2两端的降压，对任何频率信号而言均为输入信号的1/3，即与频率无关。在两组容抗臂，调谐双连电容器C\(_{1}\)、C2（即图5中的C\(_{47}\)，面板上为粗调旋钮），使之达到下述关系
f=1／2πRC，（2）
就能使被测信号中的基波分量U\(_{f}\)在DB两端的降压，恰好为Uf分量的1/3，这样，文式电桥CD两端基波分量的电位差为零，无输出，即依靠电桥平衡条件可将基波分量滤除。测量时，反复调整上述两个旋钮，使电压表指示最小，便达到滤除基波目的（随着表针的下降，要相应地改变分压开关K\(_{3}\)的位置）。而被测信号中的其他高次谐波信号分量，在DB端的降压不是原来各高次谐波分量的1/3。这样，各高次谐波分量在CD两端有电位差，即有输出。（待续）(北京无线电二厂技术科)