1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
EXTENSIÓN MATURÍN
ANÁLISIS DE RUIDO
Profesor: Realizado Por:
Ing. Mariángela Pollonais Miguel Zorrilla. C.I: 15.510.608
Maturín, 06 de Agosto de 2014.
2. El Ruido
El ruido se entiende toda componente de tensión o
intensidad indeseada que se superpone con la componente de
señal que se procesa o que interfiere con el proceso de
medida.
El ruido de un sistema se puede clasificar en uno de los dos
siguientes grupos:
- Ruido interno o inherente: que corresponden al que se
genera en los dispositivos electrónicos como consecuencia de
su naturaleza física (ruido térmico, ruido por cuantización
de las cargas, ruido de semiconductor, etc.). El ruido
inherente es de naturaleza aleatoria.
- Ruido externo o interferencias: que 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 (tormentas, etc.) o
construidos por el hombre (motores, equipos, etc.). El ruido
de interferencia puede ser periódico, intermitente, o
aleatorio. Normalmente se reduce, minimizando el acoplo
eléctrico o electromagnético, bien a través de blindajes, o
bien, con la reorientación adecuada de los diferentes
componentes y conexiones.
Circuito equivalente del ruido.
Una resistencia real, con ruido, se puede modelar mediante
una resistencia ideal, sin ruido, más un generador de ruido
ideal. El generador puede ser de tensión ó de corriente,
según que se emplee un circuito equivalente tipo Thevenin ó
Norton, como muestra primera figura. Notar que en cualquier
caso, en el generador de ruido se indica el cuadrado del
valor eficaz ó valor cuadrático medio.
El motivo de esta representación es que al asociar dos
resistencias en serie el valor cuadrático medio de la tensión
ruido resultante es la suma del valor cuadrático medio de la
tensión de ruido generada por cada una. Y cuando se asocian
dos resistencias en paralelo el inverso del valor cuadrático
medio de la tensión ruido resultante es la suma del inverso
del valor cuadrático medio de la tensión de ruido generada
por cada una. El cálculo del ruido generado por la asociación
de resistencias se muestra en la segunda figura.
3. Modelos circuitales del ruido generado por una resistencia
Cálculo del ruido generado por la asociación de resistencias (a) en serie y (b) en paralelo
Relación señal/ruido
Se define como relación señal a ruido, S/N o SNR6 al cociente
de la potencia de la señal entre la potencia de ruido en un
punto dado de un sistema, es decir:
O, expresada en dB,
La relación S/N proporciona una medida de la calidad de una
señal en un sistema determinado y depende, tanto del nivel de
señal recibida como del ruido total, es decir, la suma del
ruido procedente de fuentes externas y el ruido inherente al
sistema.
En el diseño de sistemas, se desea que la relación señal a
ruido tenga un valor tan elevado como sea posible. Sin
embargo, el significado de “tan elevado comosea posible”,
debe entenderse en el contexto de cada aplicación particular,
4. ya que por lo general, el obtener altos valores de S/N
conlleva un aumento, a veces considerable, en el costo de
implementación del sistema. Un valor adecuado de esta
relación es aquél en el que la señal recibida puede
considerarse sin defectos o con un mínimo de ellos. Por
ejemplo en el caso de transmisión de voz, se desea que la
señal recibida sea una reproducción fiel de la transmitida,
pero puede tolerarse un cierto nivel de ruido y distorsión
que depende de aspectos subjetivos relacionados con la
percepción auditiva humana. Lo mismo ocurre en el caso de
transmisión de imágenes. En los sistemas digitales de
comunicaciones suele utilizarse el concepto de tasa de
errores (BER7), equivalente, en cierta medida a la relación
señal a ruido, más empleado en los sistemas analógicos.
Factor de ruido
Supóngase un amplificador de ganancia Ga, que genera una
potencia de ruido interno
Na como se indica en la figura,
donde:
Si = potencia de la señal de entrada.
Ni = potencia de ruido a la entrada.
S0 = potencia de la señal de salida.
N0 = potencia de ruido a la salida.
Na = ruido generado por el propio amplificador.
G = ganancia del amplificador.
Se define el factor de ruido como la relación entre la
relación señal a ruido a la
entrada y la relación señal a ruido a la salida:
(1)
Donde (2)
y, además,
(3)
5. Substituyendo (2) y (3) en (1):
(4)
Si el ruido de entrada, Ni es únicamente ruido térmico,
(5)
De la ecuación (5) se puede obtener la potencia de ruido
generada por el sistema:
(6)
Ahora bien, de lo anterior se ve que:
(7)
es decir:
(8)
y, substituyendo (8):
(9)
FNi es la potencia total de ruido, debida al ruido externo y
al del propio amplificador,
referida a la entrada (N0 /G). Representa también el umbral
de ruido a la entrada al que se designa también como señal
mínima discernible (SMD). Cuando el nivel de potencia de la
señal de entrada es igual a la señal mínima discernible,
kTBF, la relación S/N es igual a 1. Esta es la condición
ideal en que el amplificador no genera ningún ruido
adicional.
El factor de ruido suele expresarse en dB, en cuyo caso suele
designarse como cifra o figura de ruido8 (NF), dada por:
6. (10)
Figura de ruido de un atenuador. La figura de ruido de un
atenuador es igual a su atenuación L en dB. FNi es la
potencia total de ruido, debida al ruido externo y al del
propio amplificador, referida a la entrada (N0 /G).
Representa también el umbral de ruido a la entrada al que se
designa también como señal mínima discernible (SMD). Cuando
el nivel de potencia de la señal de entrada es igual a la
señal mínima discernible, kTBF, la relación S/N es igual a 1.
Esta es la condición ideal en que el amplificador no genera
ningún ruido adicional.
El factor de ruido suele expresarse en dB, en cuyo caso suele
designarse como cifra o figura de ruido8 (NF), dada por:
El mezclado lineal
Ocurren cuando dos o más señales se combinan en un
dispositivo lineal, tal como una red pasiva o un amplificador
de señal pequeña. Las señales se fusionan de tal manera que
no producen nuevas frecuencias y la forma de onda combinada
es simplemente la suma lineal de las señales individuales. En
la industria de las grabaciones de audio, la suma lineal a
veces se llama mezclado lineal; de este modo en las
comunicaciones de radio, mezclado casi siempre implica un
proceso no lineal.
El mezclado no lineal
Ocurre cuando dos o mas señales se combinan en un
dispositivo no lineal tal como un diodo o amplificador de
señal grande. Con el mezclado no lineal, las señales de
entrada se combinan de una manera no lineal y producen
componentes de frecuencias adicionales.
Distorsión Armónica.
Hay distorsión armónica cuando se producen las at
armónicas no deseadas de una señal, debido a una
amplificación no lineal (mezclado). La armónicas son
múltiplos enteros de la señal original de entrada. Esta señal
original de la primera armónica, y se llama frecuencia
fundamental. Dos por la frecuencia original de la señal es
igual a la segunda armónica, tres origina la tercera, etc.
7. Otro nombre de la distorsión armónica es distorsión de
amplitud.
Distorsión por intermodulación
Es la generación de frecuencias indeseables de suma y
diferencia, cuando se amplifican dos o más señales de un
dispositivo no lineal, que puede ser un amplificador de
señales grandes. Aquí la importancia la tiene la palabra
indeseable, porque en los circuitos de comunicación con
frecuencia se desea mezclar dos o más señales, y producir las
frecuencias de sumas y difefrecuencias de productos cruzados.
Los productos cruzados se producen cuando tanto las
frecuencias armónicas como las fundamentales se mezclan en un
dispositivo no lineal. Para que haya distorsión por el
intermodulación debe haber dos, señales de entrada. La
definición matemática de la frecuencia de suma y diferencia
es
