Definición

El ruido es una perturbación de carácteraleatorio que aparece siempre en nuestrosistema y que no tiene ningún tipo derelación con la señal transmitida ni conninguna otra de la misma naturaleza.

Es toda componente de tensión o intensidadindeseada que se superpone con lacomponente de señal que se procesa o queinterfiere con el proceso de medida.

Definición

El ruido es una frecuencia indeseable, dicho

de otro modo es un elemento extra que

aparece en la señal de interés y que produce

ciertos problemas.

Clasificación

Existen varias formas en que se presenta elruido y esto se debe a la naturaleza del mismo,por ello es que se a clasificado en base a sucomportamiento, de esta forma se tiene que elruido se pude clasificar en dos categorías queson:

Correlacionado y no correlacionado, el ruidocorrelacionado es aquel que involucra a unaseñal, es decir, existe solo cuando hay unaseñal presente. Por otro lado tenemos que elruido no correlacionado es aquel que estapresente independientemente de que existaseñal o no.

Clasificación

Ruido CorrelacionadoEl ruido Correlacionado es producido por amplificaciones

no lineales e incluye armónicos y distorsión de

intermodulación, que son dos formas de distorsión no lineal:

Distorsión armónica: Se define como la producción de

armónicos de una señal originados por una mezcla no

lineal. Los Armónicos son múltiplos enteros de la señal

original de entrada, la señal original es la primer armónica

y se conoce como la frecuencia fundamental

Distorsión de Intermodulación: se refiere a la generación

indeseable de productos cruzados que son la suma o

restas de frecuencias.

La distorsión armónica

El problema con cargas no lineales, es la forma no sinusiodal que lacorriente adopta, producto de las diferentes ondas (múltiplos enterosde la fundamental), que a ella se suman y que son originadas por lascargas no lineales. Esta deformación de las señales de tensión ycorriente se expresa usualmente en términos de "Distorsión Armónica".

La distorsión armónica

La distorsión armónica

La distorsión armónica

La distorsión por

intermodulación

La distorsión por

intermodulación

La distorsión por

intermodulación

La distorsión por

intermodulación

Ruido No Correlacionado Dentro del ruido no correlacionado se tiene el Ruido externo o

interferencias, el cual se produce fuera del sistema que trata la

señal, este corresponde al que se genera en un punto del sistema

como consecuencia de acoplamiento eléctrico o magnético con otro

punto del propio sistema, o con otros sistemas naturales. Las tres

principales fuentes de ruido externo son:

Ruido atmosférico : conocido como estática eléctrica, se origina

en perturbaciones eléctricas naturales que se generan dentro de la

atmosfera terrestre, la principal fuente son las descargas

eléctricas, la magnitud de este tipo de ruido es inversamente

proporcional a su frecuencia y es relativamente insignificante a

frecuencias mayores a 30Mhz.

Ruido No Correlacionado

Ruido extraterrestre (ruido de espacio profundo): Señales que seoriginan fuera de la atmosfera terrestre, las principales formas deeste ruido proviene de la vía Láctea, otras galaxias y el sol. Sesubdivide en dos categorías :

Solar : Lo genera en forma directa el calor solar, hay dos partes de esteruido , la producida por una condición de calma cuando existe unaintensidad relativamente constante de radiación y de gran intensidad , yla magnitud de ruido esporádico cuando por actividad de manchassolares tiene una variación cíclica que se presenta mas o menos cada11 años

Cósmico: Como estas son mas lejanas que el sol terrestre, suintensidad de ruido es relativamente pequeña, llamado usualmenteruido de cuerpo negro y se distribuye con bastante uniformidad en elcielo.

Ruido generado por el Hombre: llamado ruido industrial, apareceprincipalmente por motores eléctricos, generadores de corrientealterna, equipos de conmutación y lámparas fluorescentes.

Ruido No Correlacionado

Otra variante del ruido no correlacionado es el Ruido interno oinherente, que corresponden al que se genera en los dispositivoselectrónicos como consecuencia de su naturaleza física, existentres formas principales de generar el ruido interno:

Ruido de disparo: es provocada por la llegada aleatoria de loselectrones o huecos, a la salida del elemento tal como; diodos,transistores de efecto de campo y de unión. Los portadores decorriente (tanto para ca como para cd) no se mueven en un flujocontinuo y estable por que la distancia que recorren varia debidoa sus trayectorias aleatorias.

Ruido de tiempo de transito: aquel en el que existemodificaciones en los electrones o huecos que viajan de laentrada a la salida del circuito. Cuando el tiempo que tarda unportador en propagarse por un dispositivo es parte apreciablede un ciclo de la señal este ruido se hace perceptible

Ruido Térmico: asociado con el movimiento rápido y aleatorio delos electrones en un conductor producido por la agitacióntérmica. Cada paso de un electrón entre choques con moléculasproduce un corto pulso de corriente, que produce un pequeñovoltaje a través del componente resistivo del conductor , esemovimiento aleatorio produce un componente de ca.

Ruido No Correlacionado

La componente ca debido a la agitación

térmica tiene varios nombres: ruido térmico

(por que depende de la temperatura) ,

movimiento Browniano (por su

descubridor), ruido de Johnson (en honor

al que relaciono el movimiento browniano

de las partículas con el movimiento de los

electrones y ruido blanco (por que el

movimiento aleatorio se produce en todas

las frecuencias.

Potencia de Ruido

Johnson demostró que la potencia de ruidotérmico es proporcional al producto del ancho debanda por la temperatura. En forma matemática,la potencia de ruido es:

Potencia de Ruido

Voltaje de ruido

Voltaje de ruido

Relación de Potencia de Señal

a Ruido

La principal razón para estudiar y calcular lapotencia de ruido o el voltaje de ruido, es elefecto que el ruido tiene en la señal deseada:

“La cantidad de ruido no es lo queinteresa, sino la cantidad de ruidocomparada con el nivel de la señaldeseada, es decir lo que importa es larelación de la potencia de la señal y lapotencia del ruido”

Relación de Potencia de Señal

a Ruido

Esta relación de señal a ruido que se

abrevia S/N y se expresa por lo común en

decibeles, matemáticamente se expresa

como:

En decibeles:

Relación de Potencia de Señal

a Ruido

Relación de Potencia de Señal

a Ruido

Ejemplo

Para un amplificador con voltaje de señal de salida

de 4V, voltaje de ruido de salida de 0.005V y

resistencia de entrada y de salida de 50Ώ, calcular

la relación de potencia de señal a ruido.

Solución: Esta relación de potencias de señal a

ruido se calcula sustituyendo en la ecuación

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido El factor de ruido (F) y el cifrado de Ruido (NF, de

noise figure) indican cuanto se deteriora la

relación de señal a ruido cuando una señal pasa

por una o un conjunto de etapas.

La cifra de ruido (figura de ruido) es solo el factorde ruido expresado en dB, de uso para indicar lacalidad de un receptor.

O

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido

Para un circuito perfecto y sin ruido, el factor de ruido es 1 y la figura de

ruido es 0dB

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido Para un amplificador no ideal con los siguientes parámetros, calcular

a) Relación S/N a la entrada (dB)

b) Relación S/N a la salida (dB)

c) Factor de ruido y figura de ruido

Potencia de la señal de entrada =2x10-10 W

Potencia de ruido en la entrada =2x10-18 W

Ganancia de potencia =1,000,000

Ruido interno (Nd) =6x10-12 W

Solución

(a) Para la señal de entrada y valores de potencia dados , la S/N en la

entrada es :

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido

(b) La potencia de ruido en la salida, es la suma del ruido interno y el ruido

en la entrada amplificado:

La potencia de señal a la salida no es mas que el producto de la potencia

de entrada por la ganancia de potencia

Para la señal de salida y los valores de potencia calculados , la S/N de la

salida es :

Factor de Ruido y Cifra de

Ruido(c) El factor de ruido se calcula sustituyendo los resultados de los pasos a y b

Y la figura de ruido

Cuando se conectan en cascada dos o mas

amplificadores, el factor total de ruido es igual a la

acumulación de los factores de ruido individuales. La

formula de Friiss se usa para calcular el factor total de

ruido de varios amplificadores en cascada

Figura de ruido para

amplificadores en cascada

Figura de ruido para

amplificadores en cascada

Temperatura equivalente de

ruido Como el ruido producido por la agitación térmica

es directamente proporcional a la temperatura,el ruido térmico se puede expresar en grados ytambién en Watts o en dBm, si se reacomoda laecuación se tiene

N=KTB entonces, T=N/KB

En donde :

T= temperatura ambiente en grados kelvin

N= potencia de ruido en watts

K= constate de Boltzmann

B= ancho de banda (hertz)

Temperatura equivalente de

ruido La temperatura de ruido equivalente es un valor hipotético que

no se puede medir en forma directa, la descripción matemática de la

temperatura equivalente de ruido es :

en donde:

= Temperatura equivalente de ruido (grados Kelvin)

T= Temperatura del ambiente ( K)

F= factor de ruido (adimensional)

Al revés, el factor de ruido se puede representar como una función

de la temperatura equivalente de ruido, de la siguiente forma:

Temperatura equivalente de

ruido Ejercicio: (a) La cifra de ruido para una temperatura equivalente de K

(b)La temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 6dB.

Solución:

(a)Se obtiene el factor de ruido de

Y la cifra de ruido es

(b) El factor de ruido es

Y la temperatura equivalente de ruido es

=4