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.

El Ruido

El ruido se entiende toda componente de tensión o intensidad indeseada que se superpone con la compon ente de señal que se procesa o que interfiere con el proces o de medida.

El ruido de un sistema se puede clasificar en uno d e los dos siguientes grupos: - Ruido interno o inherente : que corresponden al que se genera en los dispositivos electrónicos como consec uencia de su naturaleza física (ruido térmico, ruido por cuan tización de las cargas, ruido de semiconductor, etc.). El ru ido 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 d el 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 ac oplo eléctrico o electromagnético, bien a través de blin dajes, o bien, con la reorientación adecuada de los diferent es componentes y conexiones.

Circuito equivalente del ruido .

Una resistencia real, con ruido, se puede modelar m ediante una resistencia ideal, sin ruido, más un generador de ruido ideal. El generador puede ser de tensión ó de corri ente, según que se emplee un circuito equivalente tipo Th evenin ó Norton, como muestra primera figura. Notar que en c ualquier caso, en el generador de ruido se indica el cuadrad o 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 me dio de la tensión de ruido generada por cada una. Y cuando se asocian dos resistencias en paralelo el inverso del valor c uadrático medio de la tensión ruido resultante es la suma del inverso del valor cuadrático medio de la tensión de ruido g enerada por cada una. El cálculo del ruido generado por la asociación de resistencias se muestra en la segunda figura.

Modelos circuitales del ruido generado por una resi stencia

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 a l cociente de la potencia de la señal entre la potencia de rui do en un punto dado de un sistema, es decir:

O, expresada en dB,

La relación S/N proporciona una medida de la calida d de una señal en un sistema determinado y depende, tanto de l nivel de señal recibida como del ruido total, es decir, la s uma del ruido procedente de fuentes externas y el ruido inh erente 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 pos ible”, debe entenderse en el contexto de cada aplicación p articular,

ya que por lo general, el obtener altos valores de S/N conlleva un aumento, a veces considerable, en el co sto de implementación del sistema. Un valor adecuado de es ta 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 tran smitida, pero puede tolerarse un cierto nivel de ruido y dis torsión que depende de aspectos subjetivos relacionados con la percepción auditiva humana. Lo mismo ocurre en el c aso 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 analógi cos. 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)

Substituyendo (2) y (3) en (1):

(4)

Si el ruido de entrada, Ni es únicamente ruido térm ico,

(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 exte rno 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 com o señal mínima discernible (SMD). Cuando el nivel de potencia de la señal de entrada es igual a la señal mínima discern ible, kTBF, la relación S/N es igual a 1. Esta es la condició n 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 ruido 8 (NF), dada por:

(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 igua l a la señal mínima discernible, kTBF, la relación S/N es igual a 1. Esta es la condición ideal en que el amplificador n o genera ningún ruido adicional.

El factor de ruido suele expresarse en dB, en cuyo caso suele designarse como cifra o figura de ruido 8 (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 am plificador de señal pequeña. Las señales se fusionan de tal m anera que no producen nuevas frecuencias y la forma de onda c ombinada es simplemente la suma lineal de las señales indivi duales. En la industria de las grabaciones de audio, la suma l ineal a veces se llama mezclado lineal; de este modo en las comunicaciones de radio, mezclado casi siempre impl ica 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 amplifica dor de señal grande. Con el mezclado no lineal, las señale s de entrada se combinan de una manera no lineal y produ cen 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 so n múltiplos enteros de la señal original de entrada. Esta señal original de la primera armónica, y se llama frecuen cia fundamental. Dos por la frecuencia original de la s eñal es igual a la segunda armónica, tres origina la tercer a, etc.

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 amplificado r de señales grandes. Aquí la importancia la tiene la pa labra indeseable, porque en los circuitos de comunicación con frecuencia se desea mezclar dos o más señales, y pr oducir las frecuencias de sumas y difefrecuencias de productos cruzados. Los productos cruzados se producen cuando tanto las frecuencias armónicas como las fundamentales se mez clan 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 di ferencia es