THD Verständnis

[Daniel (Gast)]

The THD should have minimum value for less distortion. As the input signal amplitude increases, the distortion also 
increases. The THD value also increases with the increase in the frequency.

Quelle: Atmel AVR127: Understanding ADC Parameters

kann mir jemand erklären warum (ohne Beschränkung der Allgemeinheit)
Vin(t) -> [nicht lin. System bzw. g(Vin(t))] -> Vout(t)
A) höhere Amplitude zum hoheren THD führt
B) höhere Frequenz zum hoheren THD führt

[Achim S. (Gast)]

Daniel schrieb:
> ohne Beschränkung der Allgemeinheit

mit dieser Randbedingung würde ich mich darauf beschränken zu sagen, 
dass sowohl
a) mit größerer Amplitude als auch
b) bei höherer Frequenz
mehr Strom fließen muss, um Kapazitäten aufzuladen (die entweder 
parasitär sein können oder - wie bei vielen SAR-ADCs in µCs - zentrales 
Element des Umsetzers). Diese stärkere Belastung der Treiberstufen kann 
zu größeren Verzerrungen führen.

(Dass höhere Amplituden in einem nichtlin. System immer zu mehr 
Verzerrungen dürften ist glaube ich klar - je größer die Auslenkung, 
desto stärker weicht die tatsächliche Kennlinie von der linearen 
Näherung ab.)

[Uwe B. (uwe_beis)]

Operationsverstärker (als Beispiel) haben eine ziemlich nichtlineare 
Ausgangsstufe. Dadurch, dass die OPVs gegengekoppelt betrieben werden, 
werden diese Nichtlinearitäten gesenkt, und zwar in dem Maß der 
Gegenkopplung (K × V, Leerlaufverstärkung × Gegenkopplungsfaktor). Bei 
einem kleinen Gegenkopplungsfaktor = hoher Gesamt-Verstärkung sind die 
Verzerrungen daher größer.

Aber die Leerlaufverstärkung K der OPVs sinkt mit steigender Frequenz, 
oft schon ab wenigen Hz. Also sinkt auch K × V und damit der Effekt 
durch die Gegenkopplung → Verzerrungen werden größer.

Achim S. schrieb:
> (Dass höhere Amplituden in einem nichtlin. System immer zu mehr
> Verzerrungen dürften ist glaube ich klar - je größer die Auslenkung,
> desto stärker weicht die tatsächliche Kennlinie von der linearen
> Näherung ab.)
Latürnich.

[Jakob (Gast)]

Ich weiß nicht, was du mit "(ohne Beschränkung der Allgemeinheit)"
ausdrücken willst, aber da die AN Atmel AVR127 bei THD nur ganz
allgemein von der Wirkung von NICHTLINEARITÄTEN spricht,
dürften die bisherigen Erklärungen nicht helfen:

- Bei größeren Amplituden von V1 wird auch der Nenner V1
  in der THD-Formel größer, so dass damit noch kein Anstieg
  erklärt ist.
  Hier geht es ja nicht um eine Begrenzerdiode, sondern um einen
  Knick, oder Sprung in der Kennlinie: Wenn ein Kennliniensprung
  von 1...2 LSB nahe NULL vorliegt, wird er mit wachsender
  Eingangs-Amplitude eher WENIGER störend...

- Umladungen von Kapazitäten haben Tiefpasswirkung, dämpfen
  also höhere Frequenzen - zumindest die vom Ursprungssignal.
  Sowas bezeichnet man als LINEARE Verzerrung, das hat auch
  nicht viel mit THD zu tun...