Distorsione

Distorsione... alla caviglia

In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

La distorsione è una alterazione della forma del segnale di uscita di un quadripolo rispetto al segnale di ingresso.  

In genere la distorsione del segnale di uscita rispetto a quello di ingresso è considerata un difetto dei quadripoli reali anche se alcuni quadripoli sono specificamente progettati per introdurre distorsioni.

Un errore grave, sintomo di non comprensione dell'argomento: confondere la distorsione con il rumore.

La figura di apertura ovviamente non ha nulla a che fare con i contenuti di questa pagina.

Classificazione

In genere la distorsione è ritenuta un difetto dei quadripoli:

Esistono comunque circuiti o applicazioni in cui la distorsione è voluta; per esempio:

Le distorsioni vengono classificate confrontando lo spettro del segnale di ingresso con lo spettro del segnale di uscita:

In genere in un circuito reale sono presenti contemporaneamente tutti questi tipi di distorsione.

Distorsione di ampiezza

La distorsione di ampiezza si manifesta quando il guadagno G non è costante, ma dipende dalla frequenza.

Consideriamo per esempio un amplificatore con guadagno di tensione:

Di seguito ingresso (a sinistra) ed uscita (a destra) nel caso in cui l'ingresso sia pari alla somma di una sinusoide con frequenza 1 kHz ed una con frequenza 2 kHz, entrambe con ampiezza 1 V. Il primo grafico è nel dominio del tempo

Distorsione di ampiezza

La seconda coppia di grafici mostra sempre ingresso (a sinistra) ed uscita (a destra) nel dominio delle frequenza, rendendo più chiaro il legame tra guadagno e frequenza:

Si noti che tale comportamento è un difetto per gli amplificatori, ma la base del funzionamento dei filtri.

Tale distorsione può essere presente in tutti i circuiti, lineari e non lineari. Essa non si manifesta se in ingresso è presente solo una sinusoide.

Per limitare l'effetto della distorsione di ampiezza, l'amplificatore deve essere utilizzato solo nell'intervallo di frequenza in cui il suo guadagno è costante (banda dell'amplificatore).

Distorsione da ritardo di gruppo

Se in un amplificatore il tempo impiegato da un segnale per passare dall'ingresso all'uscita non è costante, ma dipende dalla frequenza, siamo di fronte ad una distorsione da ritardo di gruppo oppure distorsione di fase (nota 2).

Vediamo un esempio. I grafici seguenti mostrano ingresso ed uscita di un amplificatore con G = 10; esso non è ideale e causa distorsioni da ritardo di gruppo.

Segnali di ingresso

Effetto della distorsione di fase

La distorsione da ritardo di gruppo non è visibile nel grafico dei moduli dello spettro (nota 3).

Tale distorsione può essere presente in tutti i circuiti, lineari e non lineari. Essa non si manifesta se in ingresso è presente solo una sinusoide.

Per limitare l'effetto della distorsione da ritardo di gruppo, l'amplificatore deve essere utilizzato solo nell'intervallo di frequenza in cui il suo ritardo è costante.

Distorsione armonica

La distorsione armonica (HD) è tipica dei circuiti non lineari. Se presente, in uscita sono presenti linee spettrali con frequenza multipla intera delle linee spettrali presenti in ingresso.

Di seguito un esempio relativo ad un amplificatore con guadagno G = 10; sono mostrati ingresso ed uscita, sia nel dominio del tempo che in quello della frequenza.

Il nome distorsione armonica deriva dal fatto che in uscita sono presenti linee spettrali assenti in ingresso e con frequenza multipla intera del segnale di ingresso, cioè armoniche.

Due osservazioni:

Distorsione da intermodulazione

La distorsione da intermodulazione (IMD) di manifesta nei circuiti non lineari quando in ingresso sono presenti almeno due sinusoidi.

Se un amplificatore presenta questo tipo di distorsione, nell'ipotesi di ingresso costituito da due sole linee spettrali con frequenza f1 ed f2, in uscita sono presenti:

Un esempio: l'ingresso è costituito dalla somma di due sinusoidi con frequenza 3 kHz e 3.5 kHz. In uscita avremo

Di seguito la rappresentazione dell'ingresso (in rosso, in alto) e dell'uscita (in verde, in basso) nel dominio delle frequenza, relativa ad un amplificatore esemplificativo:

Distorsione da intermodulazione

Nel dominio del tempo in grafico non è particolarmente significativo in quanto ingresso ed uscita sono praticamente uguali; lo riporto solo per completezza:

Distorsione da intermodulazione

Un'osservazione su questo esempio: la distorsione da intermodulazione di questo amplificatore è davvero elevata, più di quanto in genere ritenuto accettabile. Ciononostante è praticamente invisibile nel dominio del tempo.

Misura della distorsione

Le distorsioni da non linearità possono essere misurate attraverso:

Distorsione di segnali digitali

Anche i segnali digitali possono essere distori da un quadripolo. Per esempio il seguente grafico mostra in blu l'ingresso di una linea di trasmissione ed in rosso l'uscita.

Linea di trasmissione

I segnali di ingresso ed uscita non hanno la stessa forma anche se, in questo caso, rimangono chiaramente riconoscibili i valori alti e bassi.

Se la distorsione è invece ampia, un bit potrebbe cambiare valore: è intuitivo immaginare che, maggiore è la distorsione, maggiore sarà la probabilità di avere bit errati. Il tasso di errori in genere viene indicato come BER (Bit Error Rate), definito come rapporto tra il numero di bit errati ed il numero totale di bit. Valori ragionevoli di BER vanno da 10-3 (telefonia di vecchio tipo) a 10-12 (Ethernet).

Note

  1. Se il circuito è lineare, un segnale sinusoidale subisce modifiche di ampiezza e di fase, ma rimane sempre una sinusoide con la medesima frequenza. Questa affermazione NON è vera per qualunque altro segnale.
  2. La distorsione da ritardo di gruppo, peraltro qui presentata senza una definizione rigorosa, è sinonimo di distorsione di fase, stante il legame tra queste due grandezza. Un circuito non presenta distorsione di fase se la fase di una sinusoide in uscita è direttamente proporzionale alla sua frequenza
  3. Per osservare la distorsione da ritardo di gruppo occorre il grafico della fase, qui non descritto


Pagina creata nell'ottobre 2021
Ultima modifica: 3 novembre 2021


Licenza "Creative Commons" - Attribuzione-Condividi allo stesso modo 3.0 Unported


Pagina principaleAccessibilitàNote legaliPosta elettronicaXHTML 1.0 StrictCSS 3

Vai in cima