Vervorming

De vervorming.

Vervorming, een belangrijk onderwerp dat gezien de omvang hier in een afzonderlijk hoofdstuk behandeld wordt.

Meestal is vervorming niet gewenst en zullen we steeds dit kwaad moeten bestrijden. Vervorming maakt dat het tegenstation zijn beklag zal doen (bij U of ergens anders) als hier onvoldoende aandacht wordt aan besteed. Erger nog BIPT zal het zeker niet gelukkig vinden en U dringend aanmanen er wat aan te doen en dit nog in het beste geval. Een muziek0installatie met vervorming ondergaan we met een zeker pijngevoel. De oorsprong kan verscheiden zijn.

Over het algemeen kunnen we stellen dat vervorming zijn oorsprong in het NIET lineair gedrag van bv: versterkers, vindt.

U herkent wellicht de figuur hiernaast. Ze werd geïdealiseerd getekend. Anders gezegd, de uitgang is kwa vorm identiek aan de ingang. We bekijken hier niet de versterking, want hier gaat het niet om
In ons geval, het ingangssignaal werd door een faktor A of versterkingscoëfficient vermenigvuldigd.
Uo = Ui x A
de uitgangsspanning Uo = ingangsspanning Ui x versterkingscoëfficient A.

Gaan we nu over naar het extreme. We gebruiken nog steeds onze versterker van hoger. Stel er is wat misgegaan bij de polarisatie. Het resultaat zien we hiernaast:

Het minste dat we direct zien is dat de uitgang werkelijk niet meer op het ingangssignaal lijkt. We hebben het al eerder gezien, zo een signaal is oorzaak van een massa harmonische componenten. Componenten waarop we normaal en meestal niet op gesteld zijn.

Om een en ander duidelijk te maken hebben we de extreme toestand bekeken. Meestal maken we niet zulke grove fouten, mag ik hopen(?). We zullen nu één en ander verfijnen.

Harmonische vervorming of vervorming door amplitude:

Zet je schrap om wat volgt te begrijpen. Linker schema stelt de transfertkarakteristiek van de transistor voor. We merken duidelijk het verband van uitgangsstroom voor een verandering van de ingangsspanning. De spanning aan de ingang is een perfekte sinusoïde waarvan beide helften perfecte copieën op de faze na zijn van elkaar. De deelstromen S1 een S2 zijn in faze maar U merkt duidelijk het verschil in grootte op. We zien (duidelijk hoop ik) dat S1 < is dan S2. De spanningsval over bv de belastingsweerstand zal dan evident niet gelijk zijn wat ons toelaat te stellen dat er vervorming is opgetreden. Niet moeilijk te begrijpen en te zien dat de vervorming eens aanwezig moeilijk te vermijden valt.

Indien je goed naar de karakteristiek kijkt zie je dat we maar een klein deeltje gebruiken. Zulk een deeltje mag men dan als lineair beschouwen. Daartegenover, als we een groter deel van deze lijn gebruiken verandert de zaak. Merk tevens dat hoe dichter we het nulpunt benaderen hoe relatief groter deze vervorming is. Deze vervorming wordt amplitudevervorming genoemd. Immers één alternantie wordt groter dan de andere. Omdat zo een resultaat harmonische produceert spreekt men tevens van harmonische vervorming.

Als we het resultaat bij middel van een oscilloscoop bekijken (analyse van een signaal op spectraal vlak) dan merken we de catastrofe op, t.t.z. de vervorming. Een ander soort toestel, de spectrum analyser, toont een analyse volgens de bekomen frequenties waaruit het resultaat is samengesteld. Een en ander wordt in de figuur hoger verduidelijkt. F1 zijnde het te versterken signaal. Op de uitgangs zien we Us als samengesteld uit meerdere signalen waarvan aan de ingang geen spoor was. We bekomen (gewenst of niet) 2 maal f1, 3 maal F1 en zelfs andere signalen. Het niet lineair gedrag van de versterker is de schuldige (en moet gestraft worden HI...)

Op welke manier berekenen we nu de graad van vervorming?

Men weze gewaarschuwd, voor wat we nu willen doen moeten we over enig meettoestel beschikken. Daarom is deze studie niet minder interessant.

De tekening toont het ook, de amplituden verkleinen volgens dat men hogere harmonische componenten beschouwt. H2 > H3> H4 enz.

Het volstaat om de amplitude van de grondgolf of fundamentele golf te kennen en deze met de harmonische component te vergelijken. Stellen we U1 als de fundamenteel (het "nuttig) signaal en U2 als tweede harmonische (tweemaal de frequentie van aan de ingang). Natuurlijk is U3 de amplitude van de derde harmonische. We berekenen de harmonische verhouding als volgt:

                       U2
Deelresultaat t2 = ______ x 100
                     U1            U3
Deelresultaat t3 = ________ x 100
                 U1

Natuurlijk wensen we de totale vervorming onder de vorm van cijfers te zien. Hiervoor passen we toe:

Tt = totale verhouding
t = partiële verhouding

Vervorming door de frequentie :

Een versterker wordt verondersteld dat alle delen van het spectrum aan de ingang gelijkmatig worden versterkt.

Wat buiten een bepaalde band gebeurt is complexer. Meestal zal daar de versterking in grootte dalen. De tekening hieronder verduidelijk wat hier gesteld wordt

Zo een tekortkoming ondervinden we vooral bij de zogenaamde HIFI versterkers (audio). In dit geval merken we dat snel op. Audio is een zeer complex signaal op vlak van amplitude en spectrum. De kleur van het geluid wordt hierdoor bepaald.

De meeste onder ons begrijpen hier wel dat om muziek kwalitatief te beluisteren de versterker een groot spectrale mogelijkheid moet bezitten, zelfs groter dan wat ons gehoor betekend. Als er wat aan die hogere componenten wat scheelt zullen we dat snel merken en een ander toestel kiezen.

Fazevervorming:

Zelfs bij een versterker met voldoende grote bandbreedte kan het voorkomen dat het resultaat uiteindelijk niet voldoet. Stel ons ingang fundamenteel signaal wordt volgens de bestaande componenten niet alleen in amplitude gewijzigd maar ook in fase. Nog een catastrofe. Ja want het resultaat op de uitgang is niet meer wat het aan de ingang was. Bovendien moeten we ons voorstellen dat deze verschuiving in tijd (= fase) afhankelijk kan zijn volgens de bewerkte frequentie. De versterker doet zijn werk niet zuiver en het is ook daar dat een luisteraar verschil tussen meerdere types van audio, versterkers zal ondervinden. Over smaak valt natuurlijk niet te redetwisten maar bij andere toepassingen kan dit veel ernstiger gevolgen hebben. Data transmissies op HF band zijn sterk onderhevig aan deze kwaal.

Intermodulatie vervorming (IMD) :

U zal wel onder Uw mede radioamateurs wel frequent over dit onderwerp hebben horen praten. Dit laat vermoeden dat deze vervorming belangrijk en vrij frequent voorkomt. Nadeel ondervinden we hiervan zowel bij de zenders als bij de ontvangers. Bij de zender door het creëren van nieuwe componenten RF kunnen we andere personen heel wat nadeel doen ondergaan. U zendt te breed uit, krijgt U naar het hoofd geslingerd, en men heeft nog gelijk ook. Regels zijn er om nageleefd te worden. Bij ontvangst hoort U signalen die er eigenlijk niet zijn maar daar heb Jij alleen last van, maar daarom niet minder vervelend. Hoe ontstaat deze plaag?

Hoe goed we het ook menen, elk versterker zelfs in klasse A, zal ergens in een transfertkarakteristiek een niet lineariteit vertonen. We zien niet de ideale recht lijn maar een min of meer gebogen lijn. Het dient gezegd dat soms zo een niet lineariteit wel gewenst wordt (bijzondere toepassingen als...).

Menging van twee signalen met verschillende frequentie, vermenigvuldigen van fundamentele frequentie (dubbel, drie dubbel...) kunnen allen maar op niet lineaire elementen gebeuren.
Voor heel wat toepassingen moeten we dan ook beroep op dit fenomeen doen.

IMD komen we veel tegen als twee niet te ver uit elkaar liggende signalen die we moeten versterken aan de ingang van een versterker vinden. U kan het zich voorstellen en hoef maar eens aandachtig te luisteren als er propagatie op de korte golf aanwezig is. Niet zo zeldzaam dacht ik.

De twee signalen EN hun harmonische producten zullen ontstaan kunnen geven aan vervelende signalen. Dit tot onze ontzetting zelfs tot een hele reeks resultaten, welke men IMD of intermodulatie noemt, kunnen geven.

Een voorbeeld voor een zender:

De twee signalen EN hun harmonische producten zullen ontstaan kunnen geven, en dit tot onze ontzetting, tot een hele reeks resultaten welke men IMD of intermodulatie noemt. Stel we zenden op de 7 Mhz band et voeren via de microfoon twee laagfrequent signalen van bv: 1000 en 1500 Hz toe. Wat mogen we nu verwachten als dit op een niet lineaire ingang gebeurt,

7.050 MHz zien we op de dial read out. Normaal gaan we twee signalen genereren. Een van 7.049 MHz en een ander van 7.0485 MHz. De 40 meter band is hoofdzakelijk en gebruikelijk LSB of "lower side band". (zie het hoofdstuk Modulatie) Helaas vinden we ook nog signalen op 7.0495 en 7.048 MHz welke vooral NIET gewenst zijn. Wat gebeurt er eigenlijk?

Het niet lineair gedrag van onze versterkers produceerden intermodulatie door harmonische van de originele signalen. 2F1, 2F2, 3F1, 3F2 etc.

Deze signalen hebben zich onderling gemengd en produceerden componenten dicht in de buurt van het door ons gewenste signalen.

In ons geval zullen we te maken hebben met:
2F1 - F2 et 2F2 - F1.

Elk intermodulatie product heeft een orde, 2F1 - F2 of 2F2 - F1 zijn een product van derde orde en IMD3 aangeduid.

We onthouden :

IMD3 = 2F1 - F2    et 2F2 - F1
IMD5 = 3F1 - 2F2 et 3F2 - 2F1

De rang orde van intermodulatie wordt bepaald door ( 3F1 - 2F2) of 3 + 2 = 5

De onpare orden zijn het vervelendst want vallen dicht in de buurt van het nuttige of het gewenste. Uitfilteren is niet evident in dat geval omdat de signalen zo dicht bij elkaar zijn.

En wat voor de ontvanger ?

En zelfde besproken fenomeen gebeurt als de ingang of mengtrap in verzadiging gestuurd wordt. We zijn getuigen van het ontstaan van harmonische. Deze zullen zich kunnen mengen en ongewenste signalen voor de ontvanger produceren. Signalen die eigenlijk niet bestonden moet onderlijnd worden. Door aan de ingang een verzwakking toe te passen zullen we aangenaam verrast zijn. De storende signalen zullen grotendeels zoniet verdwenen of toch verzwakt zijn. Sterke stations hadden het ontstaan van niet gewenste bijproducten gegeven. Door verzwakking werd hun amplitude niet meer voldoende groot om nog erg storend op te vallen. Of dacht je dat die verzwakker welke we op de betere ontvangers zien er enkel staat om de prijs van het toestel te rechtvaardigen? Een goede raad: maak gebruik van deze verzwakker u zal veel rustiger luisteren.

Tot zover de vervormingen belangrijk genoeg om wat aandacht aan te besteden. We moeten er mee leven, ideale versterkers of andere componenten bestaan niet en zullen ook wel nooit bestaan. Kwalitatief kan een en ander nog wel evolueren maar we zullen steeds met vervorming moeten rekening houden en dit zeker bij zelfbouw en is het belang niet te onderschatten.

Bedenk en vergeet vooral niet dat soms dit effect gewenst is.

Vervorming, een belangrijk onderwerp dat gezien de omvang hier in een afzonderlijk hoofdstuk behandeld wordt.

Meestal is vervorming niet gewenst en zullen we steeds dit kwaad moeten bestrijden. Vervorming maakt dat het tegenstation zijn beklag zal doen (bij U of ergens anders) als hier onvoldoende aandacht wordt aan besteed. Erger nog BIPT zal het zeker niet gelukkig vinden en U dringend aanmanen er wat aan te doen en dit nog in het beste geval. Een muziek0installatie met vervorming ondergaan we met een zeker pijngevoel. De oorsprong kan verscheiden zijn.

Over het algemeen kunnen we stellen dat vervorming zijn oorsprong in het NIET lineair gedrag van bv: versterkers, vindt. U herkent wellicht de figuur hiernaast. Ze werd geïdealiseerd getekend. Anders gezegd, de uitgang is kwa vorm identiek aan de ingang. We bekijken hier niet de versterking, want hier gaat het niet om In ons geval, het ingangssignaal werd door een faktor A of versterkingscoëfficient vermenigvuldigd. Uo = Ui x A de uitgangsspanning Uo = ingangsspanning Ui x versterkingscoëfficient A.

Gaan we nu over naar het extreme. We gebruiken nog steeds onze versterker van hoger. Stel er is wat misgegaan bij de polarisatie. Het resultaat zien we hiernaast: Het minste dat we direct zien is dat de uitgang werkelijk niet meer op het ingangssignaal lijkt. We hebben het al eerder gezien, zo een signaal is oorzaak van een massa harmonische componenten. Componenten waarop we normaal en meestal niet op gesteld zijn.

Om een en ander duidelijk te maken hebben we de extreme toestand bekeken. Meestal maken we niet zulke grove fouten, mag ik hopen(?). We zullen nu één en ander verfijnen.

Harmonische vervorming of vervorming door amplitude:
	Zet je schrap om wat volgt te begrijpen. Linker schema stelt de transfertkarakteristiek van de transistor voor. We merken duidelijk het verband van uitgangsstroom voor een verandering van de ingangsspanning. De spanning aan de ingang is een perfekte sinusoïde waarvan beide helften perfecte copieën op de faze na zijn van elkaar. De deelstromen S1 een S2 zijn in faze maar U merkt duidelijk het verschil in grootte op. We zien (duidelijk hoop ik) dat S1 < is dan S2. De spanningsval over bv de belastingsweerstand zal dan evident niet gelijk zijn wat ons toelaat te stellen dat er vervorming is opgetreden. Niet moeilijk te begrijpen en te zien dat de vervorming eens aanwezig moeilijk te vermijden valt.
Indien je goed naar de karakteristiek kijkt zie je dat we maar een klein deeltje gebruiken. Zulk een deeltje mag men dan als lineair beschouwen. Daartegenover, als we een groter deel van deze lijn gebruiken verandert de zaak. Merk tevens dat hoe dichter we het nulpunt benaderen hoe relatief groter deze vervorming is. Deze vervorming wordt amplitudevervorming genoemd. Immers één alternantie wordt groter dan de andere. Omdat zo een resultaat harmonische produceert spreekt men tevens van harmonische vervorming.

Als we het resultaat bij middel van een oscilloscoop bekijken (analyse van een signaal op spectraal vlak) dan merken we de catastrofe op, t.t.z. de vervorming. Een ander soort toestel, de spectrum analyser, toont een analyse volgens de bekomen frequenties waaruit het resultaat is samengesteld. Een en ander wordt in de figuur hoger verduidelijkt. F1 zijnde het te versterken signaal. Op de uitgangs zien we Us als samengesteld uit meerdere signalen waarvan aan de ingang geen spoor was. We bekomen (gewenst of niet) 2 maal f1, 3 maal F1 en zelfs andere signalen. Het niet lineair gedrag van de versterker is de schuldige (en moet gestraft worden HI...)

Op welke manier berekenen we nu de graad van vervorming?
Men weze gewaarschuwd, voor wat we nu willen doen moeten we over enig meettoestel beschikken. Daarom is deze studie niet minder interessant.	De tekening toont het ook, de amplituden verkleinen volgens dat men hogere harmonische componenten beschouwt. H2 > H3> H4 enz.

Het volstaat om de amplitude van de grondgolf of fundamentele golf te kennen en deze met de harmonische component te vergelijken. Stellen we U1 als de fundamenteel (het "nuttig) signaal en U2 als tweede harmonische (tweemaal de frequentie van aan de ingang). Natuurlijk is U3 de amplitude van de derde harmonische. We berekenen de harmonische verhouding als volgt:
U2 Deelresultaat t2 = ______ x 100 U1	U3 Deelresultaat t3 = ________ x 100 U1

Natuurlijk wensen we de totale vervorming onder de vorm van cijfers te zien. Hiervoor passen we toe:

Tt = totale verhouding t = partiële verhouding


Vervorming door de frequentie :
Een versterker wordt verondersteld dat alle delen van het spectrum aan de ingang gelijkmatig worden versterkt.	Wat buiten een bepaalde band gebeurt is complexer. Meestal zal daar de versterking in grootte dalen. De tekening hieronder verduidelijk wat hier gesteld wordt

Zo een tekortkoming ondervinden we vooral bij de zogenaamde HIFI versterkers (audio). In dit geval merken we dat snel op. Audio is een zeer complex signaal op vlak van amplitude en spectrum. De kleur van het geluid wordt hierdoor bepaald.	De meeste onder ons begrijpen hier wel dat om muziek kwalitatief te beluisteren de versterker een groot spectrale mogelijkheid moet bezitten, zelfs groter dan wat ons gehoor betekend. Als er wat aan die hogere componenten wat scheelt zullen we dat snel merken en een ander toestel kiezen.



Fazevervorming:
Zelfs bij een versterker met voldoende grote bandbreedte kan het voorkomen dat het resultaat uiteindelijk niet voldoet. Stel ons ingang fundamenteel signaal wordt volgens de bestaande componenten niet alleen in amplitude gewijzigd maar ook in fase. Nog een catastrofe. Ja want het resultaat op de uitgang is niet meer wat het aan de ingang was. Bovendien moeten we ons voorstellen dat deze verschuiving in tijd (= fase) afhankelijk kan zijn volgens de bewerkte frequentie. De versterker doet zijn werk niet zuiver en het is ook daar dat een luisteraar verschil tussen meerdere types van audio, versterkers zal ondervinden. Over smaak valt natuurlijk niet te redetwisten maar bij andere toepassingen kan dit veel ernstiger gevolgen hebben. Data transmissies op HF band zijn sterk onderhevig aan deze kwaal.



Intermodulatie vervorming (IMD) :
U zal wel onder Uw mede radioamateurs wel frequent over dit onderwerp hebben horen praten. Dit laat vermoeden dat deze vervorming belangrijk en vrij frequent voorkomt. Nadeel ondervinden we hiervan zowel bij de zenders als bij de ontvangers. Bij de zender door het creëren van nieuwe componenten RF kunnen we andere personen heel wat nadeel doen ondergaan. U zendt te breed uit, krijgt U naar het hoofd geslingerd, en men heeft nog gelijk ook. Regels zijn er om nageleefd te worden. Bij ontvangst hoort U signalen die er eigenlijk niet zijn maar daar heb Jij alleen last van, maar daarom niet minder vervelend. Hoe ontstaat deze plaag?

Hoe goed we het ook menen, elk versterker zelfs in klasse A, zal ergens in een transfertkarakteristiek een niet lineariteit vertonen. We zien niet de ideale recht lijn maar een min of meer gebogen lijn. Het dient gezegd dat soms zo een niet lineariteit wel gewenst wordt (bijzondere toepassingen als...).	Menging van twee signalen met verschillende frequentie, vermenigvuldigen van fundamentele frequentie (dubbel, drie dubbel...) kunnen allen maar op niet lineaire elementen gebeuren. Voor heel wat toepassingen moeten we dan ook beroep op dit fenomeen doen.

IMD komen we veel tegen als twee niet te ver uit elkaar liggende signalen die we moeten versterken aan de ingang van een versterker vinden. U kan het zich voorstellen en hoef maar eens aandachtig te luisteren als er propagatie op de korte golf aanwezig is. Niet zo zeldzaam dacht ik.	De twee signalen EN hun harmonische producten zullen ontstaan kunnen geven aan vervelende signalen. Dit tot onze ontzetting zelfs tot een hele reeks resultaten, welke men IMD of intermodulatie noemt, kunnen geven.

Een voorbeeld voor een zender:
De twee signalen EN hun harmonische producten zullen ontstaan kunnen geven, en dit tot onze ontzetting, tot een hele reeks resultaten welke men IMD of intermodulatie noemt. Stel we zenden op de 7 Mhz band et voeren via de microfoon twee laagfrequent signalen van bv: 1000 en 1500 Hz toe. Wat mogen we nu verwachten als dit op een niet lineaire ingang gebeurt,	7.050 MHz zien we op de dial read out. Normaal gaan we twee signalen genereren. Een van 7.049 MHz en een ander van 7.0485 MHz. De 40 meter band is hoofdzakelijk en gebruikelijk LSB of "lower side band". (zie het hoofdstuk Modulatie) Helaas vinden we ook nog signalen op 7.0495 en 7.048 MHz welke vooral NIET gewenst zijn. Wat gebeurt er eigenlijk?

Het niet lineair gedrag van onze versterkers produceerden intermodulatie door harmonische van de originele signalen. 2F1, 2F2, 3F1, 3F2 etc.	Deze signalen hebben zich onderling gemengd en produceerden componenten dicht in de buurt van het door ons gewenste signalen.
In ons geval zullen we te maken hebben met: 2F1 - F2 et 2F2 - F1.	Elk intermodulatie product heeft een orde, 2F1 - F2 of 2F2 - F1 zijn een product van derde orde en IMD3 aangeduid.
We onthouden : IMD3 = 2F1 - F2 et 2F2 - F1 IMD5 = 3F1 - 2F2 et 3F2 - 2F1 De rang orde van intermodulatie wordt bepaald door ( 3F1 - 2F2) of 3 + 2 = 5	De onpare orden zijn het vervelendst want vallen dicht in de buurt van het nuttige of het gewenste. Uitfilteren is niet evident in dat geval omdat de signalen zo dicht bij elkaar zijn.
En wat voor de ontvanger ?
En zelfde besproken fenomeen gebeurt als de ingang of mengtrap in verzadiging gestuurd wordt. We zijn getuigen van het ontstaan van harmonische. Deze zullen zich kunnen mengen en ongewenste signalen voor de ontvanger produceren. Signalen die eigenlijk niet bestonden moet onderlijnd worden. Door aan de ingang een verzwakking toe te passen zullen we aangenaam verrast zijn. De storende signalen zullen grotendeels zoniet verdwenen of toch verzwakt zijn. Sterke stations hadden het ontstaan van niet gewenste bijproducten gegeven. Door verzwakking werd hun amplitude niet meer voldoende groot om nog erg storend op te vallen. Of dacht je dat die verzwakker welke we op de betere ontvangers zien er enkel staat om de prijs van het toestel te rechtvaardigen? Een goede raad: maak gebruik van deze verzwakker u zal veel rustiger luisteren.



Tot zover de vervormingen belangrijk genoeg om wat aandacht aan te besteden. We moeten er mee leven, ideale versterkers of andere componenten bestaan niet en zullen ook wel nooit bestaan. Kwalitatief kan een en ander nog wel evolueren maar we zullen steeds met vervorming moeten rekening houden en dit zeker bij zelfbouw en is het belang niet te onderschatten. Bedenk en vergeet vooral niet dat soms dit effect gewenst is.