Amplificação e distorção

Na prática, um amplificador nunca é inteiramente linear. 

Em uma primeira aproximação, quase sempre desprezamos os efeitos não lineares presentes em um amplificador de sinal. Quando o sinal de entrada é grande, pode ocorrer uma saturação no sinal amplificado. Essa saturação pode ocorrer tanto nos picos positivos quantos nos picos negativos, ou em ambos. Assim, um sinal puramente senoidal acabará por apresentar harmônicas de 2a., 3a., 4a, ou de ordens superiores. O exemplo abaixo (feito no Scilab e não em um simulador de circuitos eletrônicos - Pspice, por exemplo) ilustra esse fenômeno.

"Problema" do amplificador: saturação tanto nos ciclos positivos quantos nos ciclos negativos. Curva de ganho do amplificador:

Sinal de entrada e de saída:

Sinal de /entrada, sinal de saída "achatado".

Espectros do sinal de entrada:

Espectro do sinal de saída - distorção harmônica:

Notar que, para este exemplo, só temos harmônicas ímpares - porque?.

Código Scilab (para não sair da tradição, segue código sem comentários):

///////// distorção harmônica
function u = fu(xx)
    u = (1-exp(-xx))./(1+exp(-xx));
endfunction

close; close; close; close; clc;

xt = -5:0.01:5;
xu = fu(xt);

dt=0.001;
t=0:dt:(1-dt);
tamt = max(size(t));
s=0.5*sin(6*2*%pi*t) + 0.001*rand(1,tamt,'n');

sa = fu(8*s);

figure;
plot(t,s,t,sa);  xgrid;
title('Sinal de entrada e sinal amplificado e com distorção');

figure; plot(xt,xu); xgrid;
title('Ganho do amplificador');
xlabel('Sinal de entrada');
ylabel('Sinal de saida');

fq = 1:max(size(t)); fq = fq - 1; fq = fq / tamt; fq = fq/dt;
sf = 2*abs(fft(s))/tamt; sf = 20*log10(sf + 1e-10);
saf = 2*abs(fft(sa))/tamt; saf = 20*log10(saf + 1e-10);
mt = round(tamt/10);

figure; plot(fq(3:mt),sf(3:mt),6,sf(7),'rx');
xlabel('frequência'); ylabel('Amp. (log)');

figure; plot(fq(3:mt),saf(3:mt));
fpicos = fq(7:12:70);
apicos = saf(7:12:70);
plot(fpicos,apicos,'rx');
xlabel('frequência'); ylabel('Amp. (log)');