Википедија

Koeficijent harmonijskih izobličenja

Koeficijent harmonijskih izobličenja, ili THD električnog signala, je mera harmoničke distorzije koja je prisutna i definisan je kao odnos zbira kvadrata svih harmoničkih komponenti prema kvadratu osnovne frekvencije. THD se koristi kako bi se okarakterisala linearnost audio sistema i kvalitet snage električnog sistema. Faktor distorzije je usko povezan termin, koji se ponekad koristi kao sinonim.

U audio sistemima, manja vrednost THD-a znači da komponente u zvučnicima, pojačala ili mikrofoni proizvode tačniji zvuk smanjivanjem neželjenih harmonika koje dodaje elektronika ili audio medij.

U električnim sistemima veće snage, manja THD vrednost znači smanjenje maksimalnih vrednosti struje, zagrevanja, emisija, i gubitaka jezgra u motorima[1]

Definicije uredi

Kako bi se razumeo sistem koji ima ulaz i izlaz kao što je audio pojačalo, počinjemo od idealnog sistema gde je funkcija prenosa linearna i vremenski nepromenljiva. Kada signal prođe kroz neidealni, nelinearni uređaj, dodatni signal je dodat u harmonike originalnih frekvencija. THD je mera veličine takve distorzije.

Kada je ulaz čist sinusoidni signal, merenje je najčešće definisano kao odnos amplitude efektivne vrednosti skupa viših harminičkih frekvencija prema efektivnoj vrednosti prvog harmonika ili osnovnoj frekvenciji:[2][3][4][5][1][6][7]

 

gde je Vi efektivna vrednost napona i-tog harmonika i i = 1 je osnovna frekvencija.

Ova vrsta merenja se često koristi u specifikacijama audio distorzija (procenti THD-a), ali to je ne standardna specifikacija tako da rezultati između različitih proizvođača ne mogu lako da se porede. Pošto se mere pojedinačne vrednosti amplituda, potrebno je da proizvođač naglasi opseg frekventnog signala pri kome je vršeno testiranje, nivo signala i pojačanje, kao i broj merenja. Moguće je izmeriti ceo frekventni opseg 20–20 kHz koristeći linearno frekventno povećavajući signal (iako distorzija za osnovnu frekvenciju iznad 10 kHz nije čujna). Za svu opremu za obradu signala, izuzev mikrofonskih pretpojačala, poželjno pojačanje je 1. Za mikrofonska pretpojačala, standardna praksa je korišćenje maksimalnog pojačanja.

Merenja za izračunavanje THD-a se vrši na izlazu uređaja pod određenim uslovima. THD se uobičajeno izražava u procentima ili u Decibelima (DB) realativno u odnosu na osnovnu frekvenciju.

Varijanta definicije koristi osnovnu frekvenciju plus harmonike kao referencu, mada se takvo korišćenje ne preporučuje:[2][8][9]

 

Mogu da se razlikuju dva oblika, THDF' (za osnovnu frekvenciju) i THDR (za koren srednje vrednosti)[10][11] THDR ne može da pređe 100%. Na malim nivoima distorzije, razlika između dva metoda računanja je neprimetna. Na primer, za signal sa THDF od 10% dobija se vrlo sličan THDR od 9,95%. Ali, na većim nivoima distorzije, razlika postaje velika. Na primer, za signal sa THDF od 266% postoji THDR od 94%.

Neki koriste temin koeficijent "distorzije" kao sinonim za THDR,[12] dok ga drugi koriste za sinonim od THDF.[13][14]

THD+N uredi

THD+N označava srednji koeficijent harmonijskih izobličenja plus šum. Ovo merenje je dosta češće i pogodnije za upoređivanje između uređaja. Obično se meri sa test signalom sinusoidnog oblika, noč filterom na izlazu, i poređenjem odnosa izlaznog signala sa i bez sinusnog signala:[15]

 

Kao i merenje THDa, ovo je odnos efektivnih vrednosti.[5][16]

Svrsishodno merenje mora da sadrži opseg merenja. Ovakvo merenje uzima u obzir efekte od intermodulacione distorzije, i još aspekata, uz harmonijska izobličenja. Za psihoakustična merenja, primenjuje se modifikacija A-krivom ili ITU-R BS.468, što se radi kako bi se naglasio spektar frekvencija koje su najčujnije ljudskom uvu, što dovodi do tačnijeg merenja.

Za datu ulaznu fekvenciju i amplitudu, THD+N je jednak SINADu, pod uslovom da su oba merenja urađena na istom frekventnom opsegu.[5]

Merenje uredi

Distorzija signala relativna u odnosu na čist sinusoidni signal može da se izmeri koristeći THD analizator kako bi se analizirao izlazni oblik signala u odnosu na svoje harmonike i primetila amplituda svakog harmonika u odnosu na osnovnu frekvenciju; ili poništavanjem osnovne frekvencije uz pomoć noč filtera i merenjem ostatka signala, koji će činiti ukupna harmonijska distorzija plus šum.

Sinusoidni generator frekvencija veoma malog šuma može da se koristi na ulazu pojačavačke opreme, čija distorzija na različitim frekvencijama i nivoi signala mogu da se izmere ispitivanjem oblika izlaznog signala.

Postoji elektronska oprema za generisanje sinusoidnih signala i za merenje distorzije; ali običan računar opremljen zvučnom karticom može da vrši analizu harmonika sa odgovarajućim programom. Različiti programi mogu da se koriste za generisanje sinusoidnih signala, ali distorzija same zvučne kartice može da bude suviše velika za merenje veoma pojačala sa veoma malom distorzijom.

Interpretacija uredi

Za mnoge primene različiti tipovi harmonika nisu ekvivalentni. Na primer, distorzija skretnice na datoj THD je mnogo čujnija nego distorzija usled sečenja signala (kliping) na istoj THD, pošto su nastali harmonici na mnogo višoj frekvenciji, koja se ne maskira lako osnovnom frekvencijom[17] Jedan THD broj nije adekvatna reprezentacija zvuka, i mora biti interpretiran pažljivo. Merenjem THDa na različitim nivoima izlaza, može da otkrije da li je distorzija nastala usled sečenja signala (koja se pojačava sa nivoom) ili skretnice (koja se smanjuje sa nivoom).

THD je prosek većeg broja harmonika koji su jednako računati, iako istraživanja koja su spovedena dekadama u istoriji pokazuju da se harmonici manjeg reda teže čuju na istoj jačini u odnosu na harmonike višeg reda. Dodatno, parni harmonici se uglavnom teže čuju od neparnih. Veliki broj formula koje pokušavaju da dovedu u vezu THD sa stvarnom čujnošću su objavljena, ali nijedno nije postalo široko prihvaćeno.

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ a b Total Harmonic Distortion and Effects in Electrical Power Systems - Associated Power Technologies
  2. ^ a b On the Definition of Total Harmonic Distortion and Its Effect on Measurement Interpretation, Doron Shmilovitz
  3. ^ Slone, G. Randy (2001). The audiophile's project sourcebook. McGraw-Hill/TAB Electronics. str. 10. ISBN 978-0-07-137929-8. „Ovo je odnos, uobičajeno meren u procentima, zbira kvadratnih korena (RMS) vrednosti napona za sve harmonike koji su prisutni na izlazu audio sistema, u poređenju sa efektivnom vrednošću napona na izlazu za čist sinusoidni test signal koji se dovede na ulaz audio sistema.” 
  4. ^ THD Measurement and Conversion Архивирано на сајту Wayback Machine (18. април 2008) "This number indicates the RMS voltage equivalent of total harmonic distortion power, as a percentage of the total output RMS voltage."
  5. ^ a b v Kester, Walt. „Tutorial MT-003: Understand SINAD, ENOB, SNR, THD, THD + N, and SFDR so You Don't Get Lost in the Noise Floor” (PDF). Analog Devices. Arhivirano iz originala (PDF) 25. 02. 2013. g. Pristupljeno 1. 4. 2010. 
  6. ^ IEEE 519 and other standards (draft Архивирано на сајту Wayback Machine (4. март 2016)): "distortion factor: The ratio of the root-mean-square of the harmonic content to the root-mean-square value of the fundamental quantity, often expressed as a percent of the fundamental. Also referred to as total harmonic distortion."
  7. ^ Section 11: Power Quality Considerations Bill Brown, P.E., Square D Engineering Services
  8. ^ VOLTAGE WAVE QUALITY IN LOW VOLTAGE POWER SYSTEMS José M. R. Baptista, Manuel R. Cordeiro, and A. Machado e Moura
  9. ^ Skvarenina, Timothy L. (20. 11. 2001). The Power Electronics Handbook. CRC Press. ISBN 978-1-4200-3706-7. 
  10. ^ AEMC 605 User Manual Архивирано на сајту Wayback Machine (3. децембар 2013) "THDf: Total harmonic distortion with respect to the fundamental. THDr: Total harmonic distortion with respect to the true RMS value of the signal."
  11. ^ 39/41B Power Meter Glossary
  12. ^ Distortion factor
  13. ^ IEEE 519
  14. ^ Harmonics and IEEE 519 Архивирано на сајту Wayback Machine (2. децембар 2013)
  15. ^ Rane audio's definition of both THD and THD+N Архивирано на сајту Wayback Machine (23. фебруар 2014)
  16. ^ http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-053.pdf
  17. ^ Distortion - Valves vs. Transistors Архивирано на сајту Wayback Machine (27. новембар 2013)

Literatura uredi

  • Skvarenina, Timothy L. (20. 11. 2001). The Power Electronics Handbook. CRC Press. ISBN 978-1-4200-3706-7. 
  • Slone, G. Randy (2001). The audiophile's project sourcebook. McGraw-Hill/TAB Electronics. str. 10. ISBN 978-0-07-137929-8. „Ovo je odnos, uobičajeno meren u procentima, zbira kvadratnih korena (RMS) vrednosti napona za sve harmonike koji su prisutni na izlazu audio sistema, u poređenju sa efektivnom vrednošću napona na izlazu za čist sinusoidni test signal koji se dovede na ulaz audio sistema.” 

Spoljašnje veze uredi

Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Коефицијент_хармонијских_изобличења&oldid=27509406”