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Verzerrung (Elektrotechnik)

aus Wikipedia, der freien EnzyklopÀdie

Als Verzerrung bezeichnet man in der Elektrotechnik eine ĂŒberwiegend nicht erwĂŒnschte VerĂ€nderung der Form im zeitlichen Verlauf einer WechselgrĂ¶ĂŸe. Sie wird vorwiegend bei periodischen Signalen beobachtet; aber auch ein einzelner Impuls kann in seiner Form geĂ€ndert, eben verzerrt, werden. Die Bezeichnung als Verzerrung steht fĂŒr eine schwer vermeidbare verfĂ€lschende VerĂ€nderung eines Signalverlaufs. Daneben gibt es die Modulation als eine gewĂŒnschte VerĂ€nderung.

Verzerrung der AusgangsgrĂ¶ĂŸe gegenĂŒber der EingangsgrĂ¶ĂŸe im nicht linearen Teil der Kennlinie eines Feldeffekttransistors

In der Akustik gibt es zur Erzielung gewisser Klangeffekte auch die gewollte Verzerrung.

Im Wesentlichen werden zwei Arten von Verzerrung unterschieden:

Nichtlineare Verzerrung

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Die nichtlineare Verzerrung, verursacht durch ein nichtlineares System, wird vorzugsweise bei einer Abweichung von einem ursprĂŒnglich sinusförmigen Signalverlauf bedeutsam. Ihre wichtigsten Verursacher sind Halbleiterbauelemente und magnetische Bauelemente (Drosseln, Transformatoren) mit nicht linearen Kennlinien, ferner Übersteuerung.

Diese Art von Verzerrung lĂ€sst sich so beschreiben, dass sich zusĂ€tzliche Sinus-Schwingungen mit neuen Frequenzen ausbilden, die als Oberschwingungen zur ursprĂŒnglichen Grundschwingung bezeichnet werden. Deren Anteil am Gesamtsignal kann durch den Klirrfaktor angegeben werden. Die Oberschwingungen weisen ganzzahlig-vielfach höhere Frequenzen als die Grundfrequenz auf. Mathematisch wird die verzerrte Schwingung durch eine Fourierreihe dargestellt. Wenn die Amplitude der Grundschwingung erhöht wird bei unverĂ€nderter Form des Eingangssignals, so ist wegen der KrĂŒmmung der Kennlinie mit einem erhöhten Einfluss auf die Form des Ausgangssignals zu rechnen.

Ferner können durch Intermodulation zusÀtzlichen Frequenzen entstehen.

Lineare Verzerrung

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Verschiedene Verzerrungen eines Rechteckpulses – je nachdem, wie weit die hohen oder alle Oberschwingungen fehlen

Die lineare Verzerrung entsteht in linearen Netzwerken durch deren Amplitudengang und Phasengang, wenn sich VerstĂ€rker und Übertragungswege zwar linear, aber frequenzabhĂ€ngig verhalten, z. B. Anteile mit hohen Frequenzen unterdrĂŒcken.

Diese Art von Verzerrung kann bei einem reinen Sinussignal nicht auftreten. Aber bei einer nicht sinusförmigen Schwingung bis hin zum Puls, wenn das Signal von Anfang an als Überlagerung von Sinusschwingungen ansehbar ist, können sich durch lineare Verzerrung die Signalanteile mit Oberschwingungen am Gesamtsignal verĂ€ndern, wodurch sich die Form Ă€ndert. Dabei treten im Ausgangssignal keine zusĂ€tzlichen Frequenzen auf, sondern nur die bereits im Eingangssignal vorhandenen. Wenn die Amplitude der Grundschwingung erhöht wird bei unverĂ€nderter Form des Eingangssignals, so hat dieses keinen Einfluss auf die Form des Ausgangssignals.

  • Heinrich Schröder: Elektrische Nachrichtentechnik. Band 1: Grundlagen, Theorie und Berechnung passiver Übertragungsnetze. Verlag fĂŒr Radio-Foto-Kinotechnik, 1966.
  • Georges Thalmann: Elektronik und RadioelektrizitĂ€t. Band 1. Springer Basel, 1968, S. 241 ff.
  • Manfred Rost, Sandro Wefel: Elektronik fĂŒr Informatiker: Von den Grundlagen bis zur Mikrocontroller-Applikation. 2. Auflage. De Gruyter, 2021, Seite 147.
  • Wilfried Plaßmann, Detlef Schulz (Hrsg.): Handbuch Elektrotechnik: Grundlagen und Anwendungen fĂŒr Elektrotechniker. 7. Auflage. Springer Vieweg, 2016, S. 1142.
  • Arnold FĂŒhrer, Klaus Heidemann, Wolfgang Nerreter: Grundgebiete der Elektrotechnik: Band 2: ZeitabhĂ€ngige VorgĂ€nge. Carl Hanser, 2019, S. 222 ff.