Qué es la distorsión armónica: tipos y causas

Cuando aplicamos una señal de entrada en forma sinusoidal (o cualquier forma de señal) a cualquier circuito electrónico, su salida debe ser del mismo tipo de señal. Esto significa que la salida también debe tener la misma forma de señal sinusoidal. Si en este caso la salida no es la misma réplica de la señal de entrada o si la salida no es igual a la señal de entrada, la diferencia se denomina distorsiones. Debido a estas distorsiones, la salida no es igual a la entrada. La distorsión armónica se puede definir usando este ejemplo. Cuando la señal de entrada de 5V se aplica al circuito, la señal de salida solo tendrá un voltaje de 2V. Esto indica que la señal está perdiendo su voltaje debido a la distorsión. Esto sucederá en amplificadores, amplificadores de potencia y técnicas de modulación, etc. Existen diferentes técnicas para reducir esta distorsión y pocos métodos y fórmulas están disponibles para calcular el nivel de distorsión. En este artículo se explica qué es la distorsión armónica, definición, análisis, causas, etc.

¿Qué es la distorsión armónica?

Podemos entender la palabra armónico como el número entero que multiplica las frecuencias fundamentales se llama "Armónicos". Aquí, armónico es un tipo de señal cuya frecuencia es un múltiplo entero de la señal de referencia. Alternativamente, se puede definir como la relación entre la frecuencia de la señal y la frecuencia de la señal de referencia. Por ejemplo, X es una señal de entrada de CA que tiene una frecuencia f Hz.

Cuando la señal X se muestra en CRO, la señal X parecerá repetirse cada f Hz. Aquí la señal X es la señal de referencia y la señal que se muestra en CRO tiene frecuencias como 2f, 3f, 4f y así sucesivamente. La señal teóricamente incluye infinitos armónicos. A continuación, dos dígitos indican la señal de entrada y la salida distorsionada cuando la entrada se aplica a cualquier circuito.

Si la señal tiene un período de tiempo igual de ciclo positivo y ciclo negativo, dicha señal se denomina señal simétrica y pueden aparecer armónicos impares (multiplica el 3.°, el 5.°, etc. de la frecuencia fundamental). Si la señal no tiene el mismo período de tiempo de ciclo positivo y ciclo negativo, entonces dicha señal se denomina señal asimétrica y pueden aparecer incluso armónicos (multiplica 2º, 4º, etc. de la frecuencia fundamental) y componentes CC también pueden aparecer en señales desequilibradas.

En la figura anterior, podemos notar que la frecuencia de la señal fundamental es de 100 Hz y sus armónicos existirán en diferentes frecuencias para la frecuencia de la señal de referencia de 100 Hz.

Si la señal tiene distorsiones armónicas mientras existen componentes de frecuencia armónica, encontrar el porcentaje de estas distorsiones en el nivel armónico particular es:

%n-ésima distorsión armónica = [Pn]/[P1} * 100

[Pn] = amplitud de la n-ésima componente de frecuencia

[P1] = amplitud de la frecuencia fundamental de la señal

Pueden ocurrir distorsiones debido a las características no lineales de los componentes que se utilizan en un circuito electrónico. Estos componentes pueden exhibir características no lineales, lo que resulta en la generación de distorsiones en la señal. Hay cinco tipos diferentes de distorsión armónica en los sistemas eléctricos. Ellas son

• Distorsión de frecuencia
• Distorsión de amplitud
• Distorsión de fase
• Distorsión de intermodulación
• Distorsión cruzada

Análisis de distorsión armónica

El análisis de esta distorsión es un tipo único de análisis. En este tipo, se aplica una señal sinusoidal de frecuencia única al circuito y su salida con distorsión para ser medida y analizada.

Cuando la señal de entrada se aplica al circuito, debido a las características no lineales de los componentes, se puede desarrollar distorsión en la señal de salida. Por esta razón, la señal de referencia puede aparecer en la salida en diferentes puntos de frecuencia. Si analizamos las distorsiones con la técnica de medición de la distorsión armónica total, podemos conocer el valor de la distorsión armónica total (THD), la distorsión armónica total más ruido (THDN), la señal a ruido y la distorsión (SINAD), la relación señal a ruido (SNR) y valor del n-ésimo armónico con respecto a la frecuencia fundamental. Mediante este método de medida de la distorsión armónica total, podemos conocer las tensiones de entrada y salida y la potencia de entrada y salida.

Causas de la distorsión armónica

Las razones principales de las distorsiones armónicas son la carga no lineal y las características de no linealidad de los componentes electrónicos. La carga no lineal cambia la impedancia con el voltaje de entrada aplicado. Esto conduce a distorsiones que se desarrollarán en la señal de salida. Y los componentes utilizados en el circuito también muestran las características de no linealidad. Esto también conduce al desarrollo de armónicos en la salida. Debido a las distorsiones armónicas, el circuito recibe calor y la salida no es igual a la entrada. Este efecto es perjudicial para cualquier circuito.

Analizador de distorsión armónica

Encontrar el factor de distorsión armónica es lo más importante para cualquier circuito. Podemos analizar estas distorsiones por este valor. La distorsión armónica total (THD) es la técnica más útil para encontrar la distorsión armónica total para la señal de corriente y la distorsión armónica total para las señales de voltaje.

El THD se puede definir como la relación entre los valores RMS de todas las señales armónicas y el valor RMS de la frecuencia fundamental de la señal.

THD actual – De acuerdo con la declaración anterior, la distorsión total de la corriente se denota por THDi

Aquí, In es la corriente RMS para la señal armónica n-ésima e I1 es el valor RMS de la señal fundamental.

THD de tensión – idéntico a THDi, la distorsión armónica total del voltaje se denota por THDv.

Aquí, Vn es el voltaje armónico n-ésimo y V1 es el voltaje de la señal fundamental. La distorsión armónica total (THD) también analiza el comportamiento no lineal del sistema con la transformada rápida de Fourier (FFT).

Distorsión armónica total más ruido (THDN) se define como la relación del valor RMS de la señal fundamental al valor RMS de los armónicos con los componentes de ruido.

Así que todo se trata de Harmonic Distorsión. Finalmente, de la información anterior, podemos concluir que este es el parámetro más importante en el sistema ya que puede violar la señal de salida. Y esto puede ser analizado por el factor THD y puede ser disminuido por las técnicas y dispositivos disponibles en el mercado. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuáles son las aplicaciones de la distorsión armónica?