총 고조파 왜곡

총 고조파 왜곡 (THD)은 전기 신호의 왜곡 정도를 나타내는 지표입니다. 이상적인 신호는 순수한 사인파로 구성되지만, 실제 전자 회로나 장치에서는 여러 요인에 의해 고조파 성분이 발생하여 신호가 왜곡될 수 있습니다. THD는 이러한 고조파 성분의 크기를 기본 주파수 성분에 대한 비율로 나타낸 것으로, 일반적으로 백분율(%)로 표시됩니다.

정의 및 계산:

THD는 일반적으로 다음 수식으로 정의됩니다.

THD = (고조파 성분의 RMS 값 합 / 기본 주파수 성분의 RMS 값) * 100%

여기서, "고조파 성분의 RMS 값 합"은 기본 주파수를 제외한 모든 고조파 성분의 제곱합의 제곱근을 의미합니다. 즉, 2차 고조파, 3차 고조파, ... , n차 고조파의 RMS 값을 각각 V2, V3, ..., Vn이라고 할 때, 다음과 같이 표현됩니다.

고조파 성분의 RMS 값 합 = √(V2² + V3² + ... + Vn²)

THD의 원인:

THD는 주로 다음과 같은 요인에 의해 발생합니다.

• 비선형 소자: 다이오드, 트랜지스터, 연산 증폭기 등의 비선형 소자는 입력 신호에 대해 선형적인 응답을 보이지 않기 때문에 고조파를 생성합니다.
• 클리핑: 신호의 진폭이 특정 레벨 이상으로 증가하면 신호가 잘리는 클리핑 현상이 발생하며, 이는 THD를 증가시킵니다.
• 전원 노이즈: 전원 라인에 포함된 노이즈가 신호에 영향을 미쳐 THD를 증가시킬 수 있습니다.
• 임피던스 부정합: 회로 내 임피던스 부정합은 신호의 반사를 유발하고, 이는 THD를 증가시킬 수 있습니다.

THD의 영향:

높은 THD는 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다.

• 음질 저하: 오디오 시스템에서 높은 THD는 음질을 저하시키고, 원치 않는 소리나 잡음을 발생시킬 수 있습니다.
• 전력 손실: 고조파 성분은 추가적인 전력 손실을 유발할 수 있습니다.
• 장비 오작동: 특정 장비는 고조파에 민감하게 반응하여 오작동을 일으킬 수 있습니다.

THD 측정:

THD는 THD 측정기 또는 스펙트럼 분석기 등의 장비를 사용하여 측정할 수 있습니다. 측정 시에는 신호의 기본 주파수와 측정 대역폭을 정확하게 설정해야 합니다.

THD 규제:

특정 산업 분야에서는 THD에 대한 규제가 존재합니다. 예를 들어, 전력 시스템에서는 THD를 일정 수준 이하로 유지하여 전력 품질을 확보해야 합니다.

결론:

THD는 전기 신호의 품질을 평가하는 중요한 지표이며, 낮은 THD는 고품질의 신호를 의미합니다. THD를 줄이기 위해서는 비선형 소자의 사용을 최소화하고, 클리핑을 방지하며, 전원 노이즈를 줄이는 등의 노력이 필요합니다.