¿Cuáles son las fuentes de armónicos? ¿Por qué se generan?
Supongamos que tenemos una forma de onda de voltaje de la forma:
\ $ v_s (t) = \ cos (\ omega t) \ $
En palabras, la forma de onda del voltaje de la fuente se compone de una sola sinusoide de frecuencia (angular) \ $ \ omega \ $.
Si esta forma de onda es la entrada a un circuito lineal, la salida también estará compuesta por una única sinusoide de la misma frecuencia que la entrada.
Por ejemplo, un amplificador de voltaje lineal escala la señal de entrada en alguna constante \ $ A_v \ $:
\ $ v_o (t) = A_v v_s (t) = A_v \ cos (\ omega t) \ $
Ahora, considere lo que sucede cuando el amplificador es no lineal . Por ejemplo:
\ $ v_o (t) = A_v v_s (t) + 2 \ alpha v ^ 2_s (t) \ $
Este amplificador tiene una no linealidad de segundo orden. Por una simple identidad de trigonometría, tenemos:
\ $ v_o (t) = A_v \ cos (\ omega t) + \ alpha [1 + \ cos (2 \ omega t)] \ $
¿Ves lo que pasó? La salida ya no se compone de una sola frecuencia, pero, debido al término no lineal, ahora tiene un componente de CC y un componente del 2º armónico.
Si en lugar de una no linealidad de segundo orden, el amplificador tenía una no linealidad de tercer orden:
\ $ v_o (t) = A_v v_s (t) + 4 \ beta v ^ 3_s (t) \ $
puedes adivinar que se generará un tercer armónico. Veamos:
\ $ v_o (t) = (A_v + 3 \ beta) \ cos (\ omega t) + \ beta \ cos (3 \ omega t) \ $
Tenga en cuenta que la no linealidad de tercer orden crea un tercer armónico y un término adicional de primer orden.
Esencialmente, las no linealidades de orden par generan armónicos uniformes, mientras que las no lineales de orden impar generan armónicos impares.
Ahora, un circuito simétrico, como un circuito push-pull , genera armónicos de orden impar por la razón de que se cancelan las no linealidades de orden par.
Un ejemplo de un circuito que crea armónicos de segundo orden es un FET de un solo extremo (un dispositivo de ley cuadrada ) amplificador.