Masurarea Distorsiunilor de Neliniaritate

7/25/2019 Masurarea Distorsiunilor de Neliniaritate

1/6

Msurarea distorsiunilor de neliniaritate

Abaterea unui semnal sinusoidal de la forma ideal se numete distorsionare. Exist mai

multe moduri prin care un sistem poate altera sau distorsiona forma de unda semnalelor pe care letransmite, acest lucru depinznd de forma caracteristicii de transfer, de cea a caracteristicii de

frecveni de cea a caracteristicii de faz.

Dac la intrarea unui sistem, care prezinto caracteristicde transfer liniar, se aplicun

semnal sinusoidal de frecvenf, acesta se va regsi la ieirea sistemului avnd amplitudinea

modificat printr-un anumit coeficient. Apariia la ieire a unor componente noi, strine de cele

aplicate la intrare, reprezint o dovad a neliniaritii caracteristicii de transfer. Neliniaritatea se

poate manifesta n zona de nceput a caracteristicii (cazul semnalelor de nivel mic), n zona finala

caracteristicii (cazul semnalelor de nivel mare) sau poate aciona la nivelul ntregii caracteristici.Practic, orice circuit electric distorsioneaz, ntr-o msurmai mare sau mai mic, semnalul

transmis. De asemenea, n foarte multe aplicaii, generarea unui rspuns de altformdect cea de

la intrare constituie chiar scopul urmrit (de exemplu, ridicare la ptrat, logaritmare, detecie etc.).

Considernd csemnalul aplicat la intrarea unui sistem neliniar este pur sinusoidal, la ieirea

acestuia se va obine un semnal de forma:

=

++++=2

110 )sin()sin()(n

nnout tnUtUUtu , (1)

unde U0 este componenta medie, U1 reprezint amplitudinea fundamentalei (componenta a creifrecven este egal cu cea a semnalului de intrare), iar Un, n i n reprezint amplitudinea,

pulsaia, respectiv faza armonicii de rang n.

Un mod de evaluare a gradului de distorsiune al unui semnal (implicit, a neliniaritii

sistemului prin care a trecut acesta) constn raportarea valorii efective a tensiunii armonicilor, Ua,

la cea a semnalului total, U:

100...

...100[%]

223

22

21

223

22

++++

+++==

n

na

UUUU

UUU

U

UD , (2)

relaie n care 22322 ... na UUUU +++= se mai numete i reziduu deformant.

Dou dintre cele mai utilizate instrumente pentru msurarea gradului de distorsiune al

semnalelor sunt distorsiometrul i analizorul de spectru. n timp ce distorsiometrul implementeaz,

practic, relaia de calcul a gradului de distorsiune D (msurare indirect n domeniul frecven),

analizoarele de spectru faciliteazevaluarea deformrii unui semnal pe baza spectrului de armonici,

care ofermai multe informaii dect parametrul D (msurare direct n domeniul frecven). De


2/6


2

altfel, analizorul de spectru poate fi utilizat la msurarea oricrui tip de semnal, indiferent de forma

de und a acestuia, n timp ce distorsiometrul poate fi utilizat numai pentru semnal sinusoidal

(deformat).

Necesitatea msurrii gradului de distorsiune se face simit n diverse aplicaii, cteva

valori maxime admise, ntlnite n practic, fiind urmtoarele:

0,01 % pentru generatoarele incluse n distorsiometre, analizoare de spectru i instrumente

de exactitate ridicat;

0,1...0,5 % pentru amplificatoarele i difuzoarele utilizate n aparatura Hi-Fi;

1...1,5 % pentru echipamentele RTV uzuale;

2 %, n cazul echipamentelor de captare redare a vorbirii din telefonie;

5...10 %, pentru reeaua de alimentare cu energie electric.

Formele caracteristicilor de frecven i de faz ale unui diport pot, de asemenea, s

introducdistorsiuni. Distorsiunile de frecven se datoreazatenurii frecvenelor joase i nalte,

iar distorsiunile de faz sunt cauzate de neliniaritatea caracteristicii de faz a sistemelor, ceea ce

face ca componentele de diverse frecvene ssufere defazaje neproporionale cu frecvena.

I. Distorsiometre

Aa cum s-a menionat anterior, distorsiometrele existente la ora actualmsoargradul de

distorsiune al semnalelor pe baza relaiei (1). n acest scop, este necesarsepararea armonicilor din

ntregul semnal, utiliznd o schem de principiu cum este cea de mai jos. Voltmetrul de intrare

msoar valoarea efectiv a ntregului semnal, U, n timp ce milivoltmetrul de ieire msoarvaloarea efectiv a tensiunii armonicilor, Ua. n cazul n care se menine U = constant,

milivoltmetrul de valoare efectivpoate fi gradat, direct, n valori ale lui D.

Filtru pentrurejecia

fundamentalei

Semnaltotal

Armonici

U UaV mV

f0

Figura 1.Schema de principiu a distorsiometrului cu filtru

Blocul principal al unui distorsiometru l reprezint filtrul pentru rejecia fundamentalei,

FRF. Acesta ar trebui sopreasc, n mod complet, fundamentala, dar, n acelai timp, s lase s

treac, n mod egal, toate armonicile. Din moment ce acest lucru nu este posibil dect ntre anumite


3/6


3

limite, distorsiometrele se realizeaz, n general, pe baza a doutipuri de filtre: FOB (filtre oprete-

band) i FTS (filtre trece-sus).

Filtrele oprete-bandprezinto bunselectivitate, iar frecvena centrala acestora,f0, poate

fi reglatuor, manual sau automat. n momentul n care frecvena centrala FOB coincide cu cea a

fundamentalei, amplitudinea acesteia este puternic atenuat: tipic, ntre 60 i 80 dB (figura 2.a).

Principalul dezavantaj al FOB este cnu poate rejecta perturbaiile de joasfrecven(brumul de

reea i zgomotele).

Spre deosebire de prima categorie de filtre, cele de tip trece-sus rejecteaz, simultan cu

fundamentala (A1), i perturbaiile cu frecvena mai micdect a acesteia (figura 2.b). Dezavantajul

filtrelor trece-sus este c lucreazpe o frecven fix, fapt care conduce la necesitatea utilizrii a

mai multor filtre, ns, de regul, se prevd numai dou: pe frecvenele de 400 Hz i 1 kHz.

fA1

60 dB 80 dB 60 dB 80 dB

fA1 fA2 ff

A A

Figura 2.Caracteristici ale filtrelor pentru rejecia fundamentalei:a) FOB; b) FTS

n practic, modul de funcionare prezentat n figura 1 este evitat, distorsiometrele utiliznd

un singur voltmetru de valoare efectiv, att pentru Uct i pentru Ua. Schema de principiu a unuiastfel de instrument este prezentatn figura 3.

U Ua

K2

FRF V

K3f0

K1Pu(t)

~ D(%)

1

2

Figura 3.Schema bloc a distorsiometrului cu un singur voltmetru

Msurarea gradului de distorsiune presupune douetape. Prima dat, se trece comutatorul

K1pe poziia 1 (calibrare) i, prin intermediul poteniometrului P1, se regleaznivelul semnalului

de intrare pncnd acul voltmetrului ajunge n dreptul unui reper fix (capt de scar sau un alt

reper indicat de constructor). Se obine, astfel, U = constant.


4/6


4

n etapa a doua, se aduce comutatorul K1 pe poziia 2 (msurare), reglndu-se, din K2,

frecvena centrala filtrului FRF,f0, pncnd aceasta devine egalcu frecvena fundamentalei,f1.

Operaia se numete acord i decurge n modul urmtor: se regleazf0astfel nct acul indicator al

voltmetrului de valoare efectiv va indica un minim, dup care, cu ajutorul lui K3, se crete

sensibilitatea voltmetrului. n continuare, se regleazfinf0, pncnd se atinge o indicaie sub care

nu se mai poate cobor, i se crete, din nou, sensibilitatea. n final, dup selectarea ultimei

sensibiliti posibile, se citete D pe scara voltmetrului de valoare efectiv; n msura n care este

posibil, pentru diminuarea erorii de msurare, citirea se va realiza n a doua jumtate a scrii

gradate.

n cazul distorsiometrelor automate sau semiautomate, multe dintre reglajele discutate

anterior nu mai sunt prezente. Operaia de automatizare vizeaz, n principal, acordul filtrului pentru

rejecia fundamentalei, erorile legate de imprecizia acordului manual i de instabilitatea frecvenei

semnalului fiind eliminate. n plus, devine posibil utilizarea unor filtre pentru rejecia

fundamentalei deosebit de selective.

Exemple de instrumente pentru msurarea gradului de distorsiune:

HP 8903E (distorsiometru cu acord automat; frecvena de acord: 20 Hz 100 kHz;

exactitate de msurare: 1 dB, n banda 20 Hz 20 kHz; distorsiuni reziduale + zgomot: -80

dB sau 15 V, n banda 20 Hz 20 kHz, domeniul de afiare: 0,001 % 100 %);

R&S UPV Analyzer(analizor audio; funcia de distorsiometru permite msurarea lui D n

banda 10 Hz 110 kHz (frecvenfundamental); exactitate de msurare: 0,5 dB, pentru

armonici < 50 kHz, 0,7 dB pentru armonici < 100 kHz, 1 dB, pentru armonici < 250

kHz).


5/6


5

II. Determinri experimentale

n cadrul laboratorului, se vor efectua determinrile experimentale prezentate la punctele a)

i b). Pentru realizarea msurrilor, se va urmri, cu atenie, modul de lucru descris n anexa I.

a) Se msoargradul de distorsiune,D, pentru cteva generatoare de semnal sinusoidal, la

diferite frecvene. Valorile obinute se vor centraliza ntr-un tabel de forma celui de mai jos i se vor

compara cu cele specificate n manualele de utilizare ale instrumentelor n cauz.

Tabelul 1.Msurarea gradului de distorsiune pentru cteva surse de semnal sinusoidal

Nr.

crt.

Sursa de

semnalU (V) f (Hz) D (%) Observaii

1

2

...

Distorsiometrul utilizat: ..........................

b) Pentru una din sursele de semnal, se msoar gradul de distorsiune, D, n funcie de

putere sa de ieire,P, la frecvena de 1 kHz.

Puterea se determin prin metoda wattmetrului de ieire (P = U2/R, unde U reprezint

tensiunea de ieire, msuratcu un voltmetru de valoare efectiv, iarReste o rezistende sarcin,

calibrat).

Rezultatele experimentale se trec n tabelul 2 i, pe baza lor, se reprezintgraficD = f (P).

Tabelul 2.Msurarea gradului de distorsiune n funcie de puterea de ieire

a unui generator de semnal

Nr.

crt.U (V) R () P (mW) D (%) Observaii

1

2

...Sursa de semnal: .....................................................Distorsiometrul utilizat: ..........................................


6/6


6

Anexa I

1. Msurarea gradului de distorsiune cu distorsiometrul BM 224 (Tesla)

a) Se pune comutatorul de pornire n poziia FILAMENTS ON. Se ateaptcteva minute,

necesare prenclzirii tuburilor electronice, astfel nct regimurile tranzitorii care apar la aplicarea

tensiunii anodice sfie reduse. Se trece pe opoziia OPERATION.

b) Se aplic, prin intermediul sondei specializate, semnalul de intrare. Msurarea gradului

de distorsiune are loc n urmtoarea succesiune:

Comutatorul LEVEL / MEASUREMENT este pus n poziia LEVEL 100%, iar

comutatorul de sensibiliti DISTORSION, n poziia 100. Din atenuatorul brut

INPUT VOLTAGE i atenuatorul fin ADJ.100 %, se condiioneaz semnalul de

intrare astfel nct acul indicator al voltmetrului de valori efective s ajung la

capt de scar;

Se trece comutatorul LEVEL / MEASUREMENT pe poziia MEASUREMENT.

Se regleaz domeniul brut al frecvenei, din comutatorul FREQ. RANGE. Din

butoanele FREQUENCY i ADJ. FINE, se regleaz, iterativ, frecvena de rejecie a

FOB, astfel nct s se obin o indicaie minim a voltmetrului. Pe msura

micorrii indicaiei voltmetrului, se crete sensibilitatea, din butonul

DISTORSION.

Observaie. Pentru orice noumsurare, comutatorul sensibilitilor trebuie pus, iniial, pe

poziia 100, pentru a proteja mecanismul mobil al voltmetrului de eventualele ocuri mecanicedatorate depirilor.

2. Msurarea gradului de distorsiune cu distorsiometrul automat PMZ-9

n principiu, se respectaceeai succesiune a operaiilor prezentate la punctul 1, cu excepia

faptului creglajul FOB pe frecvena fundamentalei se face automat.

a) Se pune n funciune instrumentul, din Mains, i se aplic semnal la intrarea acestuia

(Input). SelectorulDistorsion se pune pe poziia 100.

b) Se apasbutonul Calibrationi se regleazatenuatorul, brut i fin (din comutatorul i,

respectiv, poteniometrul coaxial), astfel nct acul indicator sfie la capt de scar.

c) Se apas butonul Measure. Dac LED-ul este aprins, se modific, n sensul creterii,

domeniul brut de frecvene. Se crete sensibilitatea, prin apsarea succesiva butoanelor din seria

Distorsion, pnla atingerea minimului. Alegerea frecvenei centrale a filtrului se face automat.

Masurarea Distorsiunilor de Neliniaritate

Documents

Transcript of Masurarea Distorsiunilor de Neliniaritate