Abbiamo visto che gli amplificatori reali modificano il segnale per input intensi. Questa "modificazione" è nota più comunemente chiamata distorsione.

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Misura della distorsione dallo spettro

Quando modifichiamo un segnale, si modifica anche il suo spettro. Questo ci consente di indagare le proprietà di un amplificatore attraverso il modo in cui esso distorce un segnale. Se consideriamo un amplificatore ideale, siccome esso non modifica assolutamente la struttura del segnale ma lo amplifica proporzionalmente (linearità), se osserviamo lo spettro del segnale in input e quello del segnale in output, ci accorgiamo che essi sono equivalenti (contengono una sola linea spettrale).

Distorsione

Se prendiamo un amplificatore reale (non lineare), siccome esso distorce e quindi modifica il segnale in uscita, vedremo nello spettro del suddetto segnale la comparsa di nuove armoniche multiple, questo è sintomo di distorsione.

THD

Esiste una semplice formuletta che ci permette di misurare con buona approssimazione la qualità di un amplificatore. Questa formuletta indica la distorsione armonica totale THD e tiene conto delle ampiezze di tutte le armoniche multiple nello spettro del segnale amplificato. Osservate che minore è il \( THD \), minore sarà la distorsione, migliore sarà quindi l'amplificatore.

$$ THD = \frac{\sqrt{\sum_{i=1}^N V_i^2}}{V_0} $$
Distorsione

Nella formula \( V_0\) rappresenta l'ampiezza dell'armonica fondamentale, mentre \( V_i, i=1, 2 ... N \) sono le ampiezze delle armoniche multiple (introdotte dalla distorsione), di conseguenza se il contributo della ampiezze da distorsione supera l'ampiezza fondamentale, la distorsione è più presente, viceversa quando il numeratore tende a zero la distorsione è inferiore. Per un amplificatore ideale \( THD = 0\). Di seguito alcuni esempi di calcolo:

$$ THD(x) = {\sqrt{x_1^2 + x_2^2 + x_3^2} \over x_0} $$
$$ THD(y) = {\sqrt{y_1^2 + y_2^2} \over y_0} $$
$$ THD(z) = {\sqrt{z_1^2 + z_2^2 + z_3^2 + z_4^2} \over x_0} $$
$$ \diamond \diamond \diamond $$