Čo je to harmonické skreslenie: typy a jeho príčiny

Keď aplikujeme vstupný signál vo forme sínusového (alebo akejkoľvek formy signálu) na akýkoľvek elektronický obvod potom by jeho výstup mal byť rovnakého typu signálu. To znamená, že výstup musí mať rovnakú formu signálu sínusového tvaru. Ak v prípade, že výstup nie je rovnakou replikou vstupného signálu, alebo ak sa výstup nerovná vstupnému signálu, potom sa rozdiel nazýva skreslenie. Kvôli týmto skresleniam sa výstup nerovná vstupu. Harmonické skreslenie je možné definovať pomocou tohto príkladu. Keď sa na obvod aplikuje vstupný signál 5V, potom bude mať výstupný signál iba napätie 2V. Znamená to, že signál stráca svoje napätie v dôsledku skreslenia. Toto sa stane v zosilňovače , výkonové zosilňovače a modulačné techniky atď. Existuje niekoľko techník na zníženie tohto skreslenia a na výpočet úrovne skreslenia je k dispozícii niekoľko metód a vzorcov. Tento článok pojednáva o tom, čo je harmonické skreslenie, definícia, analýza, príčiny atď

Čo je harmonické skreslenie?

Slovo harmonické môžeme chápať ako celé číslo, ktoré znásobuje základné frekvencie, známe ako „Harmonické“. Harmonická je tu typ signálu, ktorého frekvencia je integrálnym násobkom referenčného signálu. Iným spôsobom je možné ho definovať ako pomer medzi frekvenciou signálu a frekvenciou referenčného signálu. Napríklad X je vstupný AC signál, ktorý má frekvenciu f Hz.

Harmonické skreslenie - vstupný signál

Keď je signál X zobrazený na CRO potom sa objaví signál X, ktorý sa bude opakovať pre každé f Hz. Tu je signál X referenčný signál a signál, ktorý zobrazuje na CRO frekvencie ako 2f, 3f, 4f atď. Teoreticky signál obsahuje nekonečné harmonické. Nižšie dve číslice označujú vstupný signál a skreslený výstup, keď sa vstup aplikuje na akýkoľvek obvod.

Harmonické skreslenie - výstup - skreslený signál

Ak je signál s rovnakým časovým obdobím kladného a záporného cyklu, potom sa takýto signál nazýva symetrický signál a môžu sa objaviť nepárne harmonické (vynásobí 3., 5. atď. Základnej frekvencie). Ak signál nemá rovnaké časové obdobie kladného a záporného cyklu, potom sa takýto signál nazýva asymetrický signál a môžu sa dokonca objaviť harmonické (vynásobí 2., 4. atď. Základnej frekvencie) a DC komponenty sa môžu objaviť aj v asymetrických signáloch.

Na vyššie uvedenom obrázku si môžeme všimnúť základnú frekvenciu signálu ako 100 Hz a ich harmonické budú existovať pri rôznych frekvenciách pre referenčnú frekvenciu signálu, napríklad 100 Hz.

Harmonické skreslenia v signáli

Ak má signál harmonické skreslenie, zatiaľ čo existujú zložky harmonickej frekvencie, potom je potrebné zistiť percento týchto skreslení na konkrétnej harmonickej úrovni,

% n-té harmonické skreslenie [Pn] / [P1} * 100

[Pn] = amplitúda deviatej frekvenčnej zložky

[P1] = amplitúda základnej frekvencie signálu

Môžu sa vyskytnúť skreslenia z dôvodu nelineárnych charakteristík komponentov použitých v elektronickom obvode. Tieto komponenty môžu vykazovať nelineárne charakteristiky, čo má za následok generovanie skreslenia signálu. V energetických systémoch existuje päť rôznych typov harmonického skreslenia. Oni sú

• Frekvenčné skreslenie
• Skreslenie amplitúdy
• Fázové skreslenie
• Intermodulačné skreslenie
• Krížové skreslenie

Analýza harmonického skreslenia

Analýza tohto skreslenia je jedinečným typom analýzy. V tomto type sa na obvod privádza jednofrekvenčný sínusový signál a na jeho výstup sa meria a analyzuje skreslenie.

Keď sa vstupný signál privádza do obvodu, môže sa vo výstupnom signáli z dôvodu nelineárnych charakteristík komponentov vyvinúť skreslenie. Z tohto dôvodu sa referenčný signál môže na výstupe objavovať v rôznych frekvenčných bodoch. Ak analyzujeme skreslenia technikou merania celkového harmonického skreslenia, môžeme poznať hodnotu celkového harmonického skreslenia (THD), celkového harmonického skreslenia plus šum (THDN), signálu k šumu a skreslenia (SINAD), pomeru signálu k šumu (SNR) a n-ta harmonická hodnota vzhľadom na základnú frekvenciu. Pomocou tejto metódy merania celkového harmonického skreslenia môžeme poznať vstupné a výstupné napätie a vstupný a výstupný výkon.

Príčiny harmonického skreslenia

Hlavnými dôvodmi harmonického skreslenia sú charakteristiky elektronických komponentov nelineárneho zaťaženia a nelinearity. Nelineárne zaťaženie mení impedanciu s aplikovaným vstupným napätím. To vedie k vývoju skreslenia výstupného signálu. A komponenty, ktoré sa používajú v obvode, tiež vykazujú charakteristiky nelinearity. To tiež vedie k vývoju harmonických na výstupe. Kvôli harmonickému skresleniu dostane obvod teplo a výstup, ktorý sa nerovná vstupu. Tento efekt je škodlivý pre akýkoľvek obvod.

Analyzátor harmonického skreslenia

Nájdenie faktora harmonického skreslenia je najdôležitejšie pre akýkoľvek obvod. Podľa tejto hodnoty môžeme tieto skreslenia analyzovať. Celkové harmonické skreslenie (THD) je najužitočnejšou technikou na zistenie celkového harmonického skreslenia pre aktuálny signál a celkového harmonického skreslenia pre napäťové signály.

THD možno definovať ako pomer medzi RMS hodnotami všetkých harmonických signálov a RMS hodnotou základnej frekvencie signálu.

Aktuálna THD - Podľa vyššie uvedeného tvrdenia je celkové skreslenie pre prúd indikované THDi

prúd-THDi

Tu je In RMS prúd pre n-tý harmonický signál a I1 je RMS hodnota základného signálu.

Napätie THD - rovnako ako THDi je celkové harmonické skreslenie napätia označené THDv.

napätie-THDv

Tu je Vn napätie n-tej harmonickej a V1 je napätie základného signálu. Celkové harmonické skreslenie (THD) tiež analyzuje nelineárne správanie systému pomocou rýchlej Fourierovej transformácie (FFT).

Celkové harmonické skreslenie viac šumu (THDN) je definované ako pomer RMS hodnoty základného signálu k RMS hodnote harmonických spolu so zložkami šumu.

Toto je teda všetko o Harmonic skreslenie . Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme vyvodiť záver, že toto je najdôležitejší parameter v systéme, pretože môže narušiť výstupný signál. To je možné analyzovať faktorom THD a možno ho znížiť technikami a zariadeniami, ktoré sú dostupné na trhu. Tu je otázka, aké sú použitia harmonického skreslenia?