La generación, por comportamiento no lineal de un elemento o sistema, de componentes de frecuencia en múltiplos enteros (armónicos) de una única frecuencia fundamental, produciendo una forma de onda periódica de salida que difiere de una sinusoidal pura en la fundamental.

Principio

Las características de transferencia no lineales de elementos activos o pasivos descomponen una excitación periódica en una serie de Fourier que incluye múltiplos enteros; las amplitudes relativas de los armónicos dependen de la forma de la no linealidad y de la amplitud de excitación y se cuantifican habitualmente mediante métricas como la distorsión armónica total.

Demostración

Escenario ilustrativo — Situación: Un amplificador de audio se sobreexcita con una señal de un solo tono. Reconocimiento: La señal de salida muestra achatamiento y líneas espectrales a 2×, 3×, etc. la fundamental. Acción: Reducir el nivel de excitación o emplear una etapa más lineal. Consecuencia: Las amplitudes armónicas disminuyen, restaurando la fidelidad de la forma de onda y reduciendo la coloración audible o las interferencias aguas abajo.

Aplicación incorrecta

Tratar cualquier línea espectral adicional como distorsión armónica cuando en realidad son productos de intermodulación de múltiples tonos o transitorios de conmutación; el error semántico es no distinguir armónicos (múltiplos enteros de un tono) de productos de mezcla multiton o contenido espectral transitorio.

Consecuencia

La distorsión armónica altera la forma de onda, puede degradar la fidelidad de audio, producir coloración audible o, en sistemas de potencia, generar corrientes y tensiones armónicas que aumentan el calentamiento, las pérdidas o el mal funcionamiento de equipos y filtros si no se gestionan adecuadamente.

Inversión

En algunas aplicaciones los armónicos son aceptables o incluso deseables (distorsión musical, síntesis de formas de onda); en otros casos, filtros, buffering o etapas amplificadoras más lineales pueden reducir los armónicos pero frecuentemente a costa de eficiencia, coste o complejidad.

Límite

Claramente dentro: una excitación periódica única que produce componentes en múltiplos enteros en la salida de un elemento no lineal. Caso límite: conmutación periódica que crea líneas espectrales tipo armónico pero cuya fuente es una acción de conmutación intencionada y no la no linealidad pasiva del dispositivo. Claramente fuera: ruido aleatorio de banda ancha, que carece de líneas armónicas discretas vinculadas a una fundamental.

Tensión semántica

Fidelidad frente a eficiencia: las clases de amplificador y los puntos de operación sacrifican a menudo eficiencia o coste para reducir la distorsión armónica, obligando al diseñador a equilibrar calidad y restricciones térmicas/energéticas.

Síntesis

La distorsión armónica mide la deformación periódica de una onda ligada a una excitación monofónica; se distingue de la intermodulación por su origen y medidas correctoras, y su impacto práctico depende de las tolerancias de la aplicación, el filtrado y por dónde se propagan los armónicos en el sistema.