Toplam harmonik bozulma - Total harmonic distortion

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Toplam harmonik distorsiyon ( THD veya THDI ) bir ölçüsüdür harmonik distorsiyon bir sinyal mevcut ve gücüne her harmonik bileşenlerin güçlerin toplamının oranı olarak tanımlanmaktadır , temel frekans . Yakından ilişkili bir terim olan bozulma faktörü bazen eşanlamlı olarak kullanılır.

Ses sistemlerinde, daha düşük distorsiyon, bir hoparlör, amplifikatör veya mikrofon veya diğer ekipmandaki bileşenlerin bir ses kaydının daha doğru bir şekilde yeniden üretilmesini sağlaması anlamına gelir.

Radyo iletişimlerinde, daha düşük THD'ye sahip cihazlar, diğer elektronik cihazlarla daha az kasıtsız girişim üretme eğilimindedir. Harmonik bozulma, giriş frekansının katlarında sinyaller ekleyerek bir cihazdan çıkan çıkış emisyonlarının frekans spektrumunu genişletme eğiliminde olduğundan, yüksek THD'ye sahip cihazlar, spektrum paylaşımı ve spektrum algılama gibi uygulamalar için daha az uygundur .

Güç sistemlerinde, daha düşük THD, daha düşük tepe akımları, daha az ısıtma, daha düşük elektromanyetik emisyonlar ve motorlarda daha az çekirdek kaybı anlamına gelir. IEEE std 519-2014, elektrik güç sistemlerinde harmonik kontrol için önerilen uygulama ve gereksinimleri kapsar.

Tanımlar ve örnekler

Bu tür bir ses amplifikatörü gibi bir giriş ve bir çıkış, bir sistem anlamak için, bir tanesi sistem ile başlangıç transfer fonksiyonu olan doğrusal ve zamanla değişmeyen . Bir sinüzoidal frekans sinyali ω ideal olmayan, doğrusal olmayan bir cihazdan geçtiğinde, orijinal frekansın katları nω'ye (harmonikler) ek içerik eklenir. THD, giriş sinyalinde bulunmayan ek sinyal içeriğinin bir ölçüsüdür.

Ana performans kriteri orijinal sinüs dalgasının 'saflığı' olduğunda (başka bir deyişle, orijinal frekansın harmoniklerine olan katkısı), ölçüm en yaygın olarak bir dizi RMS genliğinin oranı olarak tanımlanır. daha yüksek harmonik frekansları RMS genişliği ilk harmonik ya da bir temel frekans

burada V , n RMS değeri , n harmonik gerilim inci ve V 1 , ana bileşenin RMS değeri.

Uygulamada, THD F yaygın olarak ses distorsiyon spesifikasyonlarında (yüzde THD) kullanılır; ancak THD, standartlaştırılmamış bir spesifikasyondur ve üreticiler arasındaki sonuçlar kolayca karşılaştırılamaz. Ayrı ayrı harmonik genlikler ölçüldüğünden, üreticinin test sinyali frekans aralığını, seviye ve kazanç koşullarını ve alınan ölçüm sayısını açıklaması gerekir. Bir tarama kullanarak 20–20 kHz aralığının tamamını ölçmek mümkündür (ancak 10 kHz'in üzerindeki bir temel için distorsiyon duyulamaz).

THD'yi hesaplamak için ölçümler, belirli koşullar altında bir cihazın çıkışında yapılır. THD genellikle distorsiyon zayıflaması olarak temel değere göre yüzde veya dB cinsinden ifade edilir .

Bir varyant tanımı, referans olarak temel artı harmonikleri kullanır, ancak kullanım önerilmez:

Bunlar, THD F ("temel" için) ve THD R ("ortalama karekök" için) olarak ayırt edilebilir . THD R % 100'ü geçemez. Düşük bozulma seviyelerinde, iki hesaplama yöntemi arasındaki fark önemsizdir. Örneğin, % 10'luk THD F'ye sahip bir sinyal, % 9,95'lik çok benzer bir THD R'ye sahiptir. Bununla birlikte, daha yüksek distorsiyon seviyelerinde tutarsızlık büyük hale gelir. 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.

Bazıları "distorsiyon faktörü" terimini THD R ile eşanlamlı olarak kullanırken, diğerleri bunu THD F ile eşanlamlı olarak kullanır .

IEC, "toplam harmonik faktör" terimini şu şekilde tanımlar:

THD + N

THD + N , toplam harmonik bozulma artı gürültü anlamına gelir. Bu ölçüm çok daha yaygındır ve cihazlar arasında daha benzerdir. Genellikle girerek ölçülür sinüs dalgası , çentik filtre çıkışı ile ve sinüs dalgası olmayan çıkış sinyali arasındaki oranını karşılaştırarak:

THD ölçümü gibi, bu bir RMS genlik oranıdır ve THD F (bant geçiren veya payda olarak hesaplanan temel) veya daha yaygın olarak THD R (payda olarak toplam bozuk sinyal) olarak ölçülebilir . Örneğin Ses Hassasiyeti ölçümleri THD R'dir .

Anlamlı bir ölçüm , ölçüm bant genişliğini içermelidir . Bu ölçüm, harmonik distorsiyona ek olarak toprak döngüsü güç hattı uğultusu, yüksek frekanslı girişim, bu tonlar ve temel tonlar arasındaki intermodülasyon distorsiyonu ve benzerlerinin etkilerini içerir. Psikoakustik ölçümler için, insan kulağına en çok neyin duyulduğunu vurgulayarak daha doğru bir ölçüme katkıda bulunmayı amaçlayan A-ağırlıklandırma veya ITU-R BS.468 gibi bir ağırlıklandırma eğrisi uygulanır .

Verilen bir giriş frekansı ve genliği için, THD + N, her iki ölçümün de aynı bant genişliği üzerinden yapılması koşuluyla, SINAD ile tersidir .

Ölçüm

Bir distorsiyon dalga saf sinüs nisbetle bir kullanarak ya da ölçülebilir THD analiz için , kendisini oluşturan harmoniklerine çıkış dalga analiz ve temel her göreli genliğini not edilmesi; veya temelin bir çentik filtresi ile iptal edilmesi ve kalan sinyalin ölçülmesiyle, bu toplam harmonik bozulma artı gürültü olacaktır.

Çok düşük doğal distorsiyona sahip bir sinüs dalgası üreteci verildiğinde, farklı frekanslarda ve sinyal seviyelerinde distorsiyonu çıkış dalga formu incelenerek ölçülebilen amplifikasyon ekipmanına giriş olarak kullanılabilir.

Hem sinüs dalgaları oluşturmak hem de distorsiyonu ölçmek için elektronik ekipman var; ancak ses kartı ile donatılmış genel amaçlı bir dijital bilgisayar , uygun yazılımlar ile harmonik analizi gerçekleştirebilir. Sinüs dalgaları oluşturmak için farklı yazılımlar kullanılabilir, ancak doğal distorsiyon, çok düşük distorsiyonlu amplifikatörlerin ölçümü için çok yüksek olabilir.

Yorumlama

Pek çok amaç için farklı türde harmonikler eşdeğer değildir. Örneğin, belirli bir THD'deki çapraz distorsiyon, aynı THD'de kırpılan distorsiyondan çok daha fazla duyulabilir, çünkü üretilen harmonikler , temel tarafından kolayca maskelenmeyen yüksek frekanslardadır . Tek bir THD numarası işitilebilirliği belirtmek için yetersizdir ve dikkatle yorumlanmalıdır. THD ölçümlerinin farklı çıktı seviyelerinde alınması, distorsiyonun kırpılma (seviye ile artar) veya geçiş (seviye ile azalan) olup olmadığını ortaya çıkarır.

THD, onlarca yıl önce yapılan araştırmalar, daha yüksek seviyeli harmoniklere kıyasla aynı seviyede daha düşük seviyeli harmoniklerin duyulmasının daha zor olduğunu belirlese de, eşit ağırlıklı birkaç harmoniğin ortalamasıdır. Ayrıca, sıra harmoniklerinin bile genellikle tek sıraya göre daha zor duyulduğu söylenir. THD'yi gerçek işitilebilirlikle ilişkilendirmeye çalışan bir dizi formül yayınlanmıştır, ancak hiçbiri genel kullanım kazanmamıştır.

Örnekler

Birçok standart sinyal için, yukarıdaki kriter analitik olarak kapalı bir biçimde hesaplanabilir. Örneğin, saf kare dalga THD olan F için eşit

Testere dişi sinyal sahip

Saf simetrik üçgen dalganın THD F değeri

Μ (bazen döngüsel oran olarak adlandırılır) görev döngüsüne sahip dikdörtgen darbe katarı için THD F ,

ve mantıksal olarak, sinyal simetrik μ = 0.5, yani saf kare dalga olduğunda minimuma (-0.483) ulaşır . Bu sinyallerin uygun şekilde filtrelenmesi, ortaya çıkan THD'yi büyük ölçüde azaltabilir. Örneğin , ikinci derecenin Butterworth alçak geçiren filtresi tarafından filtrelenen saf kare dalga ( kesme frekansı temel frekansa eşit olarak ayarlanmıştır) % 5,3 THD F'ye sahipken, aynı sinyal dördüncü dereceden filtre tarafından filtrelenmiştir. % 0.6 THD F'ye sahiptir . Bununla birlikte, karmaşık dalga biçimleri ve filtreler için THD F'nin analitik hesaplaması genellikle zor bir görevi temsil eder ve sonuçta ortaya çıkan ifadelerin elde edilmesi oldukça zahmetli olabilir. Örneğin, THD için kapalı bir şekilde ifade F arasında testere dişi dalga birinci dereceden göre filtre Butterworth alçak geçirgen filtre basitçe

ikinci dereceden Butterworth filtresi tarafından filtrelenen aynı sinyal için oldukça hantal bir formülle verilir

Yine, THD için kapalı bir şekilde ifade F arasında puls tarafından filtre p inci düzey Butterworth alçak geçirgen filtre daha karmaşık ve aşağıdaki formu vardır

burada μ olan görev döngüsü , 0 < μ <1, ve

daha fazla ayrıntı için bakın.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar