Semnale armonici pe osciloscop

[mișa]

In urma unui post foarte interesant al userului Depanatorul, consider ca e important sa va arat asta:toata lumea trebuie sa stie cum se vede un semnal distorsionat pe osciloscop. In continuare pun citeva poze cu semnale care contin armonici. In titlul pozei veti citi de exemplu: Armonica 4 10%, asta inseamna ca semnalul de baza, e distorsionat cu armonica 4 in proportie de 10%.Am pornit de la un semnal sinusoidal de 5KHz. Prima poza e cu semnalul deformat de a doua armonica in proportie de 20%.Iata pozele:

[mișa]

Si in continuare:Ca urmare a acestor oscilograme, trebuie sa reconsider ce am spus: Se pot vedea pe osciloscop si distorsiuni mai mici de 10%, cred ca pina la 5% in conditii normale.

[Depanatoru]

Ar fi interesant sa pui daca poti si alte valori de distorsiuni cu armonica a II-a , sa se vada de la ce procent e vizibila pe osciloscop . Cam asta e de interes pentru lampi , eventual amestecata cu ceva armonica a III-a.

[baza]

Cu un osciloscop digital se determina foarte usor armonicele folosind transformata Fourier a semnalului analizat.E interesant si cum arata fundamentala peste care se suprapune o armonica , insa in practica pot fi mai multe armonici peste fundamentala, aducand distorsiuni suplimentare.Nu cunosc alta cale de determinare a lor decat calculul transformatei Fourier ( sau poate o experienta bogata in teoria semnalelor ).

[blue]

Misa, cum ai obtinut formele acestea ciudate ? Un semnal inca sinusoidal poate avea armonica a doua la -20 dB , adica 10% fara sa mai socotim celelalte armonici . Imaginile de pe osciloscop sant dupa parerea mea produse de intermodulatie, nici intr-un caz armonice !

[Vizitator]

blue, ce se vede pe osciloscop este semnalul + armonica, nu doar armonica. Bineinteles ca intre cele doua apare si fenomenul de intermodulatie.

 

Observatia mea ar fi ca exemplele din poze sunt un caz particular, pentru o singura armonica in faza cu fundamentala. In realitatea poti intalni si armonici defazate si atunci semnalul arata altfel si te pacaleste la ochi. Ca sa nu mai vorbim de faptul ca in realitate distorsiunile sunt mult mai complexe, contin mai multe armonici de faze si amplitudini diferite.

 

DPDV didactic imaginile sunt interesante, in realitate nu poti masura distorsiunile la ochi. Analiza spectrala ramane singura care spune adevarul, indiferent daca foloseste filtre digitale sau analogice.

[mișa]

In cele mai multe cazuri asa arata semnalul distorsionat de armonici. Intr-adevar, e posibil sa fie un alt unghi intre fundamentala si armonica si atunci arata diferit. Diferente mari de aspect a oscilogramei sunt numai la armonica 2 si 3. Am sa pun o poza cu armonica 2 defazata cu 90 grade fata de cea din prima poza ca si acest caz e destul de frecvent.Pentru Blue: Am lansat un program destept (mai destept ca mine), pe un computer cu placa de sunet buna, si i-am spus sa genereze 5KHz cu diatorsiuni 20 la suta produse de armonica 2, cu un defazaj initial de 90 grade. Datorita unghiului initial asa arata semnalul distorsionat de armonici.Imaginile puse de mine contin fundamentala si doar o singura armonica. As putea genera semnale cu mai multe armonici simultan, dar in cazul in care sunt mai multe decit doua, greu te prinzi din oscilograma ce reprezinta.Si inca ceva: Simularea pe calculator a formei de unda e ff apropiata de imaginea pe osciloscop. Am pus oscilograme reale pentru ca in practica astea le vedem.Pentru Baza: fundamentala e perfect sinusoidala. Daca nu e, inseamna ca deja contine armonici. Orice forma de unda poate fi descompusa in fundamentala+armonici.Pentru RoGeorge: In pracica, m-am lovit de asemenea forme de unda. A trebuit sa studiez ca sa le pot interpreta. Evident, nu poti sa faci o analiza exacta din oscilograme dar daca tot vezi macar sa sti ce vezi.

[Vizitator]

In cele mai multe cazuri asa arata semnalul distorsionat de armonici....dar in cazul in care sunt mai multe decit doua, greu te prinzi din oscilograma ce reprezinta...Am pus oscilograme reale pentru ca in practica astea le vedem...Pentru Baza: fundamentala e perfect sinusoidala. Daca nu e, inseamna ca deja contine armonici...analiza exacta din oscilograme dar daca tot vezi macar sa sti ce vezi.

Da domnule lucrurile cam asa stau !.Ma bucur inca o data pentru un post instructiv.

[blue]

Misa ,tu te pricepi mai bine, vreun program analizator de spectru, sau ceva asemanator, se poate descarca de pe net ? poate asa ceva n-e poate ajuta, cred ca multi ar fi interesati...

[Vizitator]

O discutie despre un program de analiza spectrala folosind placa de sunet a mai fost si aici:viewtopic.php?f=28&t=16908&st=0&sk=t&sd=a&start=45Misa, ce program ai folosit pentru generator?

[mișa]

Blue, nu pot sa-ti recomand nimic. Programele testate mai demult de mine nu m-au multumit.Urmatoarele 3 poze contin un sinus nedeformat, un sinus cu 5% armonica 2 si un sinus cu 10% armonica 2 toate cu faza initiala 90 grade. Diferentele intre sinus curat si sinus cu 5% sunt foarte mici, pot fi observate doar comparativ. In cazul asta, se vede daca urmariti gradatiile, ca alternanta negativa e putin mai mica fata de cea pozitiva. (nu am schimbat nimic la reglajele osciloscopului fata de poza cu sinus curat)

[Vizitator]

Incearca-l pe asta:

http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=9067

 

Cu ajutorul lui transformi calculatorul intr-un aparat care stie toate astea de mai jos:

Audio Spectrum Analyzer for Real-time, FFT, OscilloScope, Frequency counter, voltmeter, noise and distortion meter, phase shift meter. Multi-Tone Sound Frequency Sweep Generator. White, pink noise.

E gratuit si merge foarte bine.

[blue]

Misa ,cam asa am vizualizat si eu semnalele cu distorsiuni de 10% masurate cu un distorsionometru construit de mine, de acea am afirmat ca sinusoida se pastreaza la acest nivel de distorsiune, pe de alta parte nu am sesizat imediat defazajul armonicei, insa in procente corespunde cu gradatiile osciloscopului, la valoarea setata de tine in program. Oricum metoda de masurare a armonicelor prin defazare fata de fundamentala este ingenioasa si facila, daca se poate face prin soft !

[mișa]

Am sa-l incerc.Te cred Blue, eu am pus toate aceste poze pentru ca mi se pare interesant ca cei ce vor sa invete sa interpreteze un semnal sa nu treaca prin situatia de a crede in tot felul de povesti mai mult sau mai putin adevarate.In primele 2 poze se vede cum arata un semnal distorsionat dar in cazul in care armonicile au defazaj 0 grade. Practic e acelasi lucru ca in pozele din primul post al meu, difera doar faza. Si aceasta forma de unda apare frecvent in practica.Pozele 3 si 4 reprezinta un semnal distorsionat cu armonicile 2 si 3 simultan, in proportie de 20% respectiv 10%, in cele 2 cazuri mai frecvente: faza initiala 90 grade si faza initiala 0.

[Vizitator]

Excelent, misa!

Cu un osciloscop digital se determina foarte usor armonicele folosind transformata Fourier a semnalului analizat.Nu cunosc alta cale de determinare a lor decat calculul transformatei Fourier ( sau poate o experienta bogata in teoria semnalelor ).

Osciloscopul analogic este cel mai putin potrivit pentru masuratori de distorsiuni si in practica (in special in cea audio) arareori poate fi utilizat pentru asa ceva, mai ales ca de obicei sunt prezente in acelasi timp distorsiuni diverse, iar cele armonice de mai multe ordine si de valori reduse ceea ce face identificarea lor cu osciloscopul foarte dificila sau imposibila, mai ales la amplificatoarele cu RN. Poate fi utilizat de exemplu pentru masuratori asupra distorsiunilor de racordare in bucla deschisa la un final audio PP, sau poate fi utilizat ca dispozitiv de afisare intr-un sistem de analiza simpla (pe baza de punte/sumator) ce poate pune in evidenta distorsiunile sub forma globala.In plus, imaginile prezentate de misa ar fi foarte utile celor ce ar realiza analiza de vibratii.Cele mai utile si mai dificil de realizat masuratori de distorsiuni prin analiza sunt nu cele de distorsiuni armonice, ci cele ce pot pune in evidenta distorsiuni de intermodulatie, ceea ce necesita dinamica proprie ridicata si zgomot propriu redus.Din pacate chiar si osciloscoapele digitale cu posibilitati de analiza FFT sunt extrem de limitate la capitolul acesta datorita rezolutiei reduse si a zgomotului propriu ridicat. Fiind destinate a masura semnale de banda larga prin digitizare directa la intrare, rezolutia efectiva a ADC-urilor disponibile lor si utilizate in acestea este limitata, astfel incat in cele mai multe cazuri dinamica lor este limitata la numai 60...70 dB, astfel incat tot la analizoare spectrale dedicate se recurge.Analizoarele spectrale superheterodina cu filtrare analogica ale anilor '80-90 (ex. HP8568 si similarele, R&S FSA) au atins dinamici de 100 dB (105 dB la Rohde & Schwarz familia FSA).Analizoarele spectrale superheterodina cu filtrare digitala si FFT aparute in anii '90 nu au imbunatatit foarte mult acest parametru, datorita faptului ca intermodulatiile proprii analizoarelor superheterodina se produc de regula tot in etajele superheterodinei (primul si al doilea mixer). Exemple sunt familiile HP 3560 si mai noi, R&S FSEA si mai noi. In orice caz, in ambele cazuri de analizoare superheterodina, aceste valori scad la frecvente reduse din banda audio, iar modelele ieftine sau de banda larga sunt limitate de obicei in aceasta privinta si de zgomotul propriu de faza.Tot pentru analiza spectrala si de distorsiuni pot fi utilizate receptoarele de test (receptoare de masura sau receptoare/analizoare selective), cu sau fara display propriu, cele mai cunoscute fiind tot cele produse de Rohde & Schwarz. Deoarece in ultimii 10 ani tendinta a fost catre analiza digitala, aparatele de productie recenta sunt capabile de masuratori mai diverse, diferentele de ordin fizic si h/w intre aparate cu denunmiri sau destinatii diferite fiind mai reduse, diverse fiind cele de ordin s/w. De exemplu acest receptor de masura http://www2.rohde-schwarz.com/en/produc ... h/ESU.html nu difera foarte mult dpdv fizic si h/w de acest analizor spectral http://www2.rohde-schwarz.com/en/produc ... s/FSU.html , ba chiar au si optiuni h/w comune...Analizoarele FFT dedicate din generatia anilor '90 (ex HP8562 si 35670) realizeaza dinamici de 80dB, iar prin alegerea judicioasa a sistemului de masura (utilizarea de filtre rejectoare sau FTB), problemele generate de acest aspect pot fi reduse.Pentru domeniul audio cele mai performante sunt analizoarele audio. Cele mai cunoscute sunt cele produse de firma americana Audio Precision (ex. System One & Two) si cele produse de firma germana Rohde & Schwarz (ex. modelele UPD, UPL si UPV). Exemplu: http://www2.rohde-schwarz.com/file_11899/UPV_bro_en.pdfAcestea sunt echipate sau li se ofera ca optiuni atat componente h/w dedicate (ex. intrari/interfete digitale diverse) cat si module s/w specializate, cum ar fi masuratori standard pentru distorsiuni, masuratori acustice, masuratori cu evitarea efectului ecoului, etc.La nivel de amator foarte utile si cele mai utile in audio sunt interfetele de sunet (mai ales cele de calitate) ale calculatoarelor impreuna cu software aferent, insa acestea sunt departe de a constitui ceea ce se numeste aparatura de masura de laborator, si chiar daca dinamica poate fi buna, banda lor de frecventa este extrem de limitata. Daca tot este vorba de masuratori si analiza, in foto sunt masuratori efectuate de mine asupra unui foarte performant generator de semnal (R&S SMHU) realizate cu un analizor FSA. Departe de a putea constitui o analiza de zgomot de faza cu valoare metrologica (este vorba de un analizor de spectru, nu de un SSA), totusi masuratorile pun in evidenta zgomotul de faza foarte redus, puritatea excelenta a semnalului (in apropierea purtatorului, close-in) furnizat de acest generator, si lipsa modulatiilor parazite ce ar fi putut fi cauzate eventual de influenta alimentarii coroborata cu o eventuala problema de ecranare; este tot aici si o imagine exemplu de monitorizare de spectru.In afara de confirmarea asteptarilor pozitive legate de aparatul testat (un generator de semnal de foarte buna calitate, in general inaccesibil electronistului amator), in acest caz particular deja se poate pune problema interpretarii rezultatelor sub perspectiva limitarilor proprii sistemului si aparatului de masura (etansare electrica a cablurilor, zgomot propriu de faza), iar o discutie mai atenta ar pune problema posibilitatii utilizarii unui filtru rejector de banda foarte ingusta (cu cuart in acest caz concret ) ce ar permite extinderea dinamicii sistemului de masura, metoda ce in general poate fi (si este) utilizata si in masuratorile audio. De multe ori asigurarea unor masuratori corecte, alegerea unui sistem de masura corespunzator si mai ales interpretarea corecta a rezultatelor obtinute este mai importanta decat aparatele de masura in sine. De aceea in mod particular imaginile postate de misa sunt relevante in acest sens.