Analizador de Distorção Harmônica (THD)

O QUE É THD E POR QUE ELA É IMPORTANTE?

Em um amplificador ideal, o sinal de saída deve ser uma cópia ampliada do sinal de entrada. No entanto, na prática, circuitos eletrônicos alteram a forma de onda do sinal, ou seja, eles distorcem a informação recebida. Existem diferentes formas de distorção, porém a principal delas é a distorção provocada pela não linearidade dos amplificadores, ou seja, uma relação de ganho entre entrada e saída que não é constante em todas as condições.

A falta de linearidade do amplificador introduz no espectro do sinal componentes harmônicas, ou seja, sinais cuja frequência são múltiplos inteiros do sinal de teste. Chamamos isso de distorção harmônica. A THD, ou Taxa de Distorção Harmônica Total, buscar medir essa distorção avaliando a energia dos harmônicos contra a energia do sinal fundamental (de teste). Quanto menor esse parâmetro, melhor a qualidade do amplificador.

Neste projeto foi usado um oscilador ponte de wien, devido a baixa taxa de distorção, um filtro Notch e um multímetro AC.  O oscilador é constituido pelo CI - IC-1, funcionando em 1Khz com uma pequena variação dada pelos potenciômetro P1. (faixa de 610 a 1280 Hz). A saída é ajustada em 500mv rms por P4.

O filtro Notch é construído usando o CI TL072 (IC-4)  e dá uma rejeição de 60dB em 950Hz. O medidor AC foi desenvolvido usando um TL081 (poderia ser um TL071) com controle de offset.

Neste projeto experimental foi medido inicialmente o sinal com uma montagem de um medidor de AC até 100Khz em um miliamperímetro. Mas o erro foi grande devido ao fato que a onda não é  senoidal perfeita e portanto, a leitura rms apresentava erros. Para corrigir isso, foi necessário que a medida fosse  feita por um multimetro True RMS.

Como é feita a medida

O aparelho tem um conector (J1) para saída do sinal do oscilador de 1Khz, que será conectado na entrada do amplificador em teste. A saída do amplificador é ligada nos bornes (J2) do sinal de entrada e tem um resistor  de 8 ohm x 25W fazendo a carga para o amplificador. 

Passe a chave SW1 para a função "Setar" e aumente o volume do amplificador para 3/4 do máximo,  ajuste o potenciômetro P6 (no painel) para uma leitura de 1.000mVrms no multimetro True rms conectado nos bornes DVM.

Passe a Chave SW1 para "Medir" e então o sinal do amplificador agora vai passar pelo filtro Notch que eliminará o sinal de 1Khz, deixando só os sinais dos harmônicos gerados. Ajuste o potenciômetro P1 (no Painel) para uma menor medida possível eliminando ao máximo o sinal de teste de 1Khz. Este sinal restante é a soma dos níveis dos harmônicos gerados no amplificador e será medido no multimetro True rms.

Com uma matemática simples, divida o valor dado  na posição "Medir" pelo valor dado na posição "Setar" e depois multiplique o valor dado por 100 para achar o resultado em porcentagem.

Exemplo: Posição SET -----> valor = 1.000mVrms

                 Posição Medir ---> valor = 12 mVrms

                 THD = (12mV/1000mV)*100 = 1,2%

No meu protótipo eu deixei o medidor AC porque a placa já estava pronta, mas não será necessário se for usado um multimetro True rms (maior precisão).

Detalhes

Os diodos dz1 e dz2 no oscilador é para estabilizar o nível de saída do oscilador. Com um osciloscópio, ajustar P3 para melhorar a forma da onda. O ajuste deve ser bem próximo de quando a oscilação se extingue.

No conector J2, onde entra o sinal vindo do amplificador, tem um atenuador ATT que diminui a tensão em 10x, caso se utilize um amplificador de maior potencia. Neste caso, coloque uma carga de maior potencia (R12).

Nos pinos de alimentação +/- dos CIs, coloque capacitores cerâmicos de 100nF para eliminar oscilações e ruídos.

                                                             Placa: 120 x 100 mm

 Arquivos do projeto

Wattímetro de RF para 10W

Este wattímetro de RF mede potência direta máxima de 10W e potência refletida de 1W, selecionada pela chave direta/ refletida no painel. Com a chave em "Direta", será medido a potencia TX na escala de cima, que deve ser inserida do lado esquerdo do aparelho. Colocando a chave em "Refletida", será medido a potencia refletida na escala de baixo. Se você quiser medir uma potencia menor, pode fazer a medida na segunda escala, simplesmente invertendo a entrada de RF no aparelho. Se entrar com o TX no lado direito e a carga ou antena no lado esquerdo, será medido a potencia direta com a chave em refletida.

Descrição:

O sensor de RF é feito usando a técnica stripline numa placa de circuito impresso conforme o desenho abaixo. Este arranjo funciona como um acoplador direcional. Do lado que a RF entra, ele gera uma tensão  maior. Como a potencia direta entra de um lado e a potencia refletida entra pelo outro lado, é possível detectar estas tensões e medi-las. O diodo D1 recebe a tensão desenvolvida pela potencia refletida e D2, da potencia direta. Depois destas tensões serem retificadas, elas são filtradas pelos capacitores C1 e C2 para eliminar a RF presente, e depois são ligadas ao trimpot para ajustar o nível. Estas duas tensões retificadas (DC), serão selecionadas pela chave direta/refletida e inseridas no medidor.

Trilha central: 50 x 8mm

Trilhas laterais: 40 x 2,5mm

Distância entre trilhas: 1mm

 

As ligações dos conectores devem ser feitas com fios largos, eu usei umas chapas de cobre finas que tinha aqui, mas pode ser usado a malha de cabos coaxiais. Repare que elas são ligadas no terra do stripline em cima e em baixo e nos dois conectores. Os pinos centrais dos conectores devem ser ligados a trilha central do stripline.

Para o medidor eu usei um galvanometro de um multimetro analógico barato que tem na praça. A escala foi feita com o software MeterBasic  www.tonnesoftware.com.

Ajustes

Para ajustar o aparelho, deve ser usado um wattímetro comercial, uma carga não irradiante de 50 ohms e uma fonte de potencia de RF de 1W. 

Ligar a fonte de RF de 1W na entrada do lado esquerdo deste wattímetro, colocar a chave na posição "direta" e ajustar em P1 para uma leitura de 1W na escala superior (potencia direta).  Para ajustar a potencia refletida, ligar a fonte de RF no lado direito do wattímetro. Colocar a chave na posição "refletida" e ajustar P2 para uma leitura de 1W na escala inferior. Lembre que a potencia está entrando do lado da refletida, por isso a chave deve ser colocada na posição refletida. 

Obs:

Lembre de ligar a carga de 50 ohms

Placa PCB do Stripline: 62 x 74mm

cgs.