Distorção harmónica total

A distorção harmónica total (THD) é uma medida da quantidade de distorção não linear em sinais eléctricos. Desempenha um papel decisivo nas tecnologias de áudio, medição e energia em particular, uma vez que permite tirar conclusões sobre a pureza e a qualidade de um sinal.

Definição e significado de distorção harmónica total

A Distorção Harmónica Total (THD) refere-se à relação entre os harmónicos e a frequência fundamental de um sinal. Estes são múltiplos da frequência fundamental que não ocorreriam numa forma de sinal ideal – uma onda sinusoidal pura. Estas frequências adicionais são causadas por distorções não lineares em componentes ou circuitos.

A THD é normalmente indicada como uma percentagem e mostra o quanto um sinal se desvia do ideal. Um valor de THD de 1 %, por exemplo, significa que a soma dos harmónicos corresponde a 1 % da fundamental. Quanto mais baixo for este valor, mais “limpo” é o sinal.

Como é medida a THD

A distorção harmónica total resulta da relação entre os valores efectivos das harmónicas e da fundamental. O fator decisivo para o cálculo é a intensidade das amplitudes individuais dos harmónicos em relação à fundamental.

Para analisar o sinal, este é dividido nos seus componentes de frequência utilizando uma transformada de Fourier. O método mais comum é a Transformada Rápida de Fourier (FFT). Isto permite reconhecer exatamente quais as frequências – por exemplo, a uma frequência de referência de 1 kHz – que estão contidas no sinal.

Os aparelhos de medição modernos apresentam o valor THD diretamente após o cálculo interno. Para além da percentagem, é também frequentemente apresentado o espetro de frequência para visualizar a distribuição dos harmónicos.

Distorção harmónica na prática

Na prática, a distorção harmónica é causada por componentes não lineares, como semicondutores, transformadores ou altifalantes. Estes componentes geram componentes de frequência adicionais que podem distorcer o sinal original.

Áreas típicas de aplicação:

• Amplificador de áudio: Um valor de THD inferior a 0,1% é ideal para uma reprodução de som sem distorção.
• Fontes de alimentação: Valores elevados de THD podem afetar a rede eléctrica, por exemplo, através de potência reactiva ou sobreaquecimento.
• Tecnologia de comunicação: Sinais claros com baixa distorção são cruciais para uma transmissão de dados fiável.

Em aplicações industriais, como conversores de frequência ou fontes de alimentação comutadas, uma THD elevada pode também ter um impacto negativo na qualidade da energia eléctrica.

Fator de distorção e THD – uma comparação

O termo fator de distorção é frequentemente utilizado como sinónimo de distorção harmónica total. No entanto, em termos estritos, existem diferenças. O fator de distorção refere-se frequentemente à relação entre a distorção não linear e o sinal global, enquanto a THD considera especificamente os harmónicos em relação à frequência fundamental.

Existe também o parâmetro de medição alargado THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise), que tem em conta o ruído para além dos harmónicos. Esta especificação é particularmente comum na tecnologia de áudio e medição, uma vez que fornece uma representação mais realista da distorção real do sinal.

Factores de influência e redução da THD

O nível de THD depende de vários factores:

• Linearidade do circuito
• Qualidade e seleção dos componentes
• Frequência de funcionamento (por exemplo, a 1 kHz ou 10 kHz)
• Amplitude ou nível de tensão do sinal de entrada
• Comportamento térmico dos componentes electrónicos
• Qualidade da alimentação eléctrica e filtragem

A THD é influenciada pela forma e tamanho da tensão aplicada ao sistema. Um sinal de tensão constante e limpo contribui significativamente para minimizar a distorção.

Entre outras coisas, são utilizados caminhos de sinal equilibrados, filtros activos, amplificadores lineares e feedback negativo para reduzir a THD. A utilização de componentes de alta qualidade também ajuda a minimizar a distorção.

Valores típicos e aplicações

Dependendo da área de aplicação, são considerados aceitáveis diferentes valores-guia de THD:

Normas como a IEC 61000 ou os regulamentos DIN correspondentes definem os valores-limite, especialmente para aplicações industriais ou para a ligação de aparelhos à rede eléctrica.

Conclusão

A distorção harmónica total é uma medida fundamental para avaliar a qualidade do sinal em sistemas eléctricos e electrónicos. Descreve a proporção de distorção harmónica causada por harmónicas e é dada em percentagem ou dB.

Uma baixa THD significa uma elevada pureza de sinal – e é, por isso, essencial em áreas como a tecnologia áudio, a tecnologia de medição, a comunicação e a tecnologia energética. Graças aos modernos métodos de análise e à conceção de sistemas específicos, a THD pode agora ser medida e minimizada de forma eficiente – um fator decisivo para a qualidade, eficiência e segurança.