Toplam harmonik bozulma - Total harmonic distortion
Toplam harmonik distorsiyon ( THD ) bir ölçüsüdür harmonik distorsiyon bir sinyal içinde mevcut ve gücüne her harmonik bileşenlerin güçlerin toplamının oranı olarak tanımlanmaktadır , temel frekans . Bozulma faktörü , bir yakın ilgili bir başka terim, bazen eş anlamlı olarak kullanılır.
ses sistemleri, alt bozulma bir hoparlör, bir amplifikatör veya mikrofon veya diğer ekipmanda bileşenler bir ses kayıt daha doğru bir şekilde yeniden üretimi anlamına gelir.
Radyokomünikasyon, alt THD diğer elektronik cihazlar için müdahaleleri neden olmadan saf sinyal emisyon anlamına gelir. Üstelik çarpıtılmış ve çevre dostu radyo emisyonlarının sorun da bağlamında çok önemli gibi görünen spektrum paylaşımı ve spektrum algılama .
Güç sistemlerinde, düşük THD tepe akımları, ısıtma, emisyon ve motorlarda çekirdek kaybı azalması anlamına gelir.
içindekiler
Tanımlar ve örnekler
Bu tür bir ses amplifikatörü gibi bir giriş ve bir çıkış, bir sistem anlamak için, ideal bir sistem ile başlangıç transfer fonksiyonu olan doğrusal ve zamanla değişmeyen . Bir sinyal ideal olmayan, lineer olmayan cihazı boyunca geçer ki, ek içerik özgün frekansları harmonikleri ilave edilir. THD bu bozulma derecesinin bir ölçüsüdür.
Ana performans kriteri orijinal sinüs dalgası "saflığı" olduğu zaman (diğer bir deyişle, kendi harmonikler ile ilgili olarak orjinal frekansına katkısı), ölçüm en sık bir dizi RMS amplitüdünün oranı olarak tanımlanmaktadır daha yüksek harmonik frekansları RMS değeri, ilk harmonik ya da bir temel frekans
burada V , n RMS voltajı n harmonik inci ve n = 1 temel frekansıdır.
Uygulamada, THD F yaygın ses bozulma özellikleri (yüzde THB) kullanılır; Bununla birlikte, THD olmayan bir standart özelliğidir ve üreticiler arasında sonuçlar kolaylıkla karşılaştırılabilir değildir. Ayrı ayrı harmonik genlikleri ölçülür olduğundan, üretici test sinyali, frekans aralığı, seviye ve kazanç koşulları ve elde edilen ölçümlerin sayısı ifşa gerekmektedir. Tarama, (a temel üzerinde, 10 kHz için distorsiyon duyulmaz olsa) kullanarak tam 20-20 kHz aralığı ölçmek mümkündür.
kullanımı tavsiye edilmez da bir varyant tanımı, buraya referans olarak temel artı harmonikleri kullanır:
Bu şekilde ayırt edilebilir THD F (için "temel") ve THD R ( "kök ortalama kare"). THD R 100% geçemez. Düşük distorsiyon seviyelerinde, iki hesaplama yöntemleri arasındaki fark göz ardı edilebilir. Örneğin, THD sahip bir sinyal F ,% 10 bir çok benzer THD sahip R % 9,95 arasında. Ancak, daha yüksek bozulma seviyelerinde fark büyük olur. Örneğin, THD sahip bir sinyal F 266% bir THD sahip R % 94. Saf bir kare dalga sonsuz harmonikler THD sahiptir F % 48,3 arasında, ya da THD R % 43.5 arasında.
Bazı THD eşanlamlısı şekliyle "bozulma faktörü" kullanımı R diğerleri THD ile eşanlamlı olarak kullanırken, F .
THD + K
THD + K toplam harmonik distorsiyon artı gürültü anlamına gelir. Bu ölçüm çok daha yaygın ve cihazlar arasında daha karşılaştırılabilir. Genellikle girerek ölçülür sinüs dalgası , çentik filtre çıkışı ile ve sinüs dalgası olmayan çıkış sinyali arasındaki oranını karşılaştırarak:
THD ölçümü gibi, bu RMS genliklerinin bir oranı, ve THd olarak ölçülebilir F THD olarak, (bandpassed veya payda gibi temel hesaplanan) ya da, daha yaygın olarak R (payda olarak toplam bozuk bir sinyal). Ses Hassas ölçümler THD olan R örneğin.
Anlamlı bir ölçüm içermelidir bant genişliğini ölçümünün. Bu ölçüm etkilerini de içerir Topraklama güç hattı hum, yüksek frekans parazit, modülasyon bozulma harmonik distorsiyon ek olarak böylece, bu tonları ve temel arasında ve,. Psikoakustik ölçümleri için, bir ağırlık eğrisi gibi uygulandığında bir-ağırlık veya ITU-R BS.468 Daha kesin ölçüm katkıda insan kulağına en işitilebilenin vurgulamak için tasarlanmıştır.
Belirli bir giriş frekansı ve genliği için THD + N karşılıklıdır SINAD her iki ölçüm, aynı bant genişliği üzerinden yapılması kaydıyla.
Ölçüm
Saf sinüs için bir dalga nisbetle distorsiyon kullanarak ya da ölçülebilir THD analiz için , kendisini oluşturan harmoniklerine çıkış dalga analiz ve temel her göreli genliğini not edilmesi; ya da bir ile temel bozulmasıyla çentik süzgeci ve toplam toplam harmonik distorsiyon artı gürültü, kalan sinyalin, ölçme.
çok düşük iç bozulma, bir sinüs dalgası jeneratör göz önüne alındığında, olan bozulma frekansları ve sinyal seviyeleri, farklı çıkış dalga biçimini incelenerek ölçülebilmektedir ekipman, amplifikasyon için girdi olarak kullanılabilir.
Her iki sinewaves oluşturmak için ve bozulmayı ölçmek için elektronik aletler vardır; ama, genel amaçlı bir dijital bilgisayar , bir ile donatılmış bir ses kartı uygun bir yazılım ile harmonik analiz yapabilir. Farklı yazılım sinewaves üretmek için kullanılabilir, ancak doğal bozulma çok düşük distorsiyon yükselteçlerin ölçümü için çok yüksek olabilir.
yorumlama
Birçok amaç için farklı harmonik tipleri eşdeğer değildir. Armonikler kolayca değildir yüksek frekanslarda, altındadır yana Örneğin, belirli bir toplam harmonik distorsiyon geçen geçiş, aynı toplam harmonik distorsiyon ile kırpma çok daha duyulabilir maskeli temel ile. Tek bir THD numarası işitilebilirlik belirtmek için yetersiz olduğunu ve dikkatle yorumlanmalıdır. Farklı çıkış seviyelerinde THD ölçümlerinin alınması bozulma kırpma (seviye ile artar), ya da (seviyesi düşer) çapraz olup olmadığını ortaya olacaktır.
THD araştırma gerçekleştirilmiştir yıl önce düşük sıralı harmonik yüksek dereceli olanlarla karşılaştırıldığında, aynı seviyede duymak zor olduğunu tanımlar bile, eşit ağırlıklı harmonik bir dizi bir ortalamasıdır. Buna ek olarak, eşit sıra harmonikler tek sırada daha duymak genellikle zor olduğu söylenmektedir. yayınlanmıştır fiili duyma ile THD ilişkilendirmek girişiminde formüllerin bir dizi ancak hiçbiri genel kullanım bulmuşlardır.
Örnekler
Birçok standart sinyaller için yukarıdaki kriteri kapalı bir biçimde analitik hesaplanabilir. Örneğin, saf kare dalga THD sahip F eşit
Testere dişi sinyal sahip
Saf simetrik üçgen dalga THD sahiptir F arasında
ve mantıksal olarak, sinyal simetrik hale minimum (≈0.483) ulaştığında μ = 0.5, örneğin, saf kare dalga . Bu sinyallerin uygun filtreleme büyük ölçüde elde edilen THD azaltabilir. Örneğin, saf kare dalga ile filtre Butterworth, düşük geçişli filtre , ikinci düzen ile ( kesme frekansı THD sahip temel frekansına eşit olacak şekilde set) F ,% 5.3 iken, dördüncü dereceden filtre tarafından filtre edilmiş aynı sinyal THD sahiptir F % 0.6. Ancak, THD analitik hesaplama F karmaşık dalga ve filtreler için genellikle zor bir görev temsil eder ve ortaya çıkan ifadeleri elde etmek oldukça zahmetli olabilir. Örneğin, THD için kapalı bir şekilde ifade F arasında testere dişi dalga birinci dereceden göre filtre Butterworth alçak geçirgen filtre basitçe
bu ikinci sıraya göre filtre aynı sinyali ise Butterworth filtre oldukça karmaşık bir formül ile verilir
burada μ olan görev döngüsü , 0 < μ <1, ve
Daha fazla ayrıntı için bkz.