REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN

ANÁLISIS DE RUIDO

Autor:Oscar Ariza, C.I:26.117.819

Maturín, Enero del 2017.

1) Definición de ruido

Se define al ruido eléctrico como cualquier energía eléctrica indeseable que queda entre la banda de paso de la señal. Por ejemplo, en la grabación de audio se consideran como ruido todas las señales eléctricas no deseadas que están dentro de la banda de frecuencias de audio, de 0 a 15 kHz, que interfieren con la música.

El ruido se debe a múltiples causas: a los componentes electrónicos como amplificadores, al ruido térmico de los resistores, a las interferencias de señales externas, entre otros. Es imposible eliminar totalmente el ruido, ya que los componentes electrónicos no son perfectos. Sin embargo, es posible limitar su valor de manera que la calidad de la comunicación resulte aceptable.

La distorsión que produce el ruido en una determinada comunicación depende de su potencia, de su distribución espectral respecto al ancho de banda de la señal, y de la propia naturaleza de información que transporta. El ruido afecta de diferente manera a la información que transportan las señales analógicas que a la codificada mediante señales digitales.

2) Clasificación y fuentes de ruido

Se puede clasificar al ruido en dos categorías: correlacionado y no correlacionado. La correlación implica una relación entre la señal y el ruido. Por consiguiente, el ruido correlacionado sólo existe cuando hay una señal. Por otra parte, el ruido no correlacionado está presente siempre, haya o no una señal.

Ruido no correlacionado.

El ruido no correlacionado está presente independientemente de si haya una señal o no. Se puede seguir subdividiendo en dos categorías generales: externo e interno.

Ruido externo: El ruido externo es el que se genera fuera del dispositivo o circuito. Hay tres causas principales del ruido externo: atmosféricas, extraterrestres y generadas por el hombre.

Ruido Atmosférico: El ruido atmosférico se origina en perturbaciones eléctricas naturales que se generan dentro de la atmósfera terrestre. Al ruido atmosférico se le suele llamar electricidad estática, parecido al de las frituras, que se oye con frecuencia en una bocina cuando no tiene señal. La fuente de la mayor parte de la electricidad estática se encuentra en las condiciones eléctricas naturales, como por ejemplo los rayos. A veces, la electricidad

estática está en forma de pulsos que dispersan energía dentro de una amplia gama de frecuencias. Sin embargo, la magnitud de esta energía es inversamente proporcional a su frecuencia. Por consiguiente, el ruido atmosférico es relativamente insignificante a frecuencias mayores de más o menos 30 MHz.

Ruido extraterrestre: El ruido extraterrestre consiste en señales eléctricas que se originan fuera de la atmósfera de la Tierra y, en consecuencia, a veces se le llama ruido de espacio profundo. El ruido extraterrestre se origina en la Vía Láctea, en otras galaxias y en el Sol. También se subdivide en dos categorías: solar y cósmico.

El ruido solar lo genera en forma directa el calor solar. Hay dos partes de este ruido: la producida por una condición de calma, cuando existe una intensidad relativamente constante de radiación, y de gran intensidad, ocasionado por perturbaciones esporádicas debidas a manchas solares y a protuberancias solares. La magnitud del ruido esporádico causado por la actividad de manchas solares tiene una variación cíclica que se repite cada 11 años. Al ruido cósmico se le llama con frecuencia ruido de cuerpo negro, y se distribuye con bastante uniformidad por el cielo

Ruido causado por el hombre: Las fuentes principales de este ruido son los mecanismos que producen chispas, como por ejemplo los conmutadores de los motores eléctricos, los sistemas de encendido automotriz, el equipo generador y conmutador de energía eléctrica y las lámparas fluorescentes. El ruido producido por el hombre tiene naturaleza de pulsos, y contiene una amplia gama de frecuencias, que se propagan por el espacio del mismo modo que las ondas de radio.

Existen otros tipos de ruidos y factores que lo generan como el ruido térmico, se asocia con el movimiento rápido y aleatorio de los electrones dentro de un conductor, producido por la agitación térmica. Ruido de tiempo de transito cualquier modificación a una corriente de portadores, cuando pasan de la entrada a la salida de un dispositivo.

Se demostró que la potencia del ruido térmico es proporcional al producto del ancho de banda por la temperatura. En forma matemática, la potencia del ruido es:

N=KTB

N= potencia del ruido (watts)B= ancho de banda (hertz)K= constante de proporcionalidad de Boltzmann (1.38 x10-23 Joules por grado Kelvin)K constante de proporcionalidad de Boltzmann (Temperatura ambiente 17º C)

3) Circuitos equivalentes de 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 o de corriente, según que se emplee un circuito equivalente tipo Thevenin ó Norton.

Ruido en impedancias: Sólo la parte real de una impedancia genera ruido, el valor cuadrático medio de la tensión de ruido asociada a una impedancia es:

Notar que ahora la integral no es inmediata porque Re[Z] depende de f. Los modelos circuitales del ruido generado por una impedancia.

4) Relación señal a ruido.

Se define como la proporción existente entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios.

Para referirse a este margen que hay entre el ruido de fondo y nivel de referencia, pueden utilizarse como sinónimos. No ocurre lo mismo, cuando el rango dinámico indica la distancia entre el nivel de pico y el ruido de fondo.

5) Factor Ruido

La resistencia interna de la fuente de señal de un amplificador genera ruido térmico que se amplifica, junto con la señal útil, originando ruido en la salida. En los amplificadores reales no es éste el único ruido existente, ya que los elementos que integran un amplificador (transistores, resistores) son ruidosos y por lo tanto cabe esperar de ellos alguna contribución al ruido total.

Una manera de especificar cuán ruidoso es un amplificador es referir el ruido total al ruido que produciría la amplificación sólo del ruido térmico de la fuente de señal, ya que éste es el mínimo ruido posible. Se denomina factor de ruido, y se simboliza con F, al cociente entre la potencia total de ruido a la salida, PoB y la potencia de ruido a la salida debido el ruido térmico de la resistencia de la fuente de señal, PotB, ambas en un ancho de banda B (que debe indicarse cuando se especifica F, para evitar ambigüedades), es decir,

El factor de ruido se expresa comúnmente en decibeles (dB), y en este caso se denomina figura de ruido. y se lo simboliza con NF:

NF= Log 10 F

El factor de ruido indica cuánto se deteriora la relación señal/ruido a causa del amplificador. Por ejemplo si F = 2, la relación señal / ruido se reduce a la mitad. Debe tenerse en cuenta sin embargo que la relación señal / ruido de la entrada es una relación señal/ruido térmico.

6) Mezclado lineal y no lineal.

El mezclado es el proceso de combinar dos o más señales, y es un proceso esencial en comunicaciones electrónicas. En esencia hay dos formas en las que se pueden combinar o mezclar las señales: lineal y no lineal.

Mezclado Lineal: La suma lineal se presenta cuando se combinan dos o más señales en un dispositivo lineal, como puede ser una red pasiva o un amplificador de señal pequeña. Las señales se combinan de tal manera que no

se producen nuevas frecuencias, y la forma de onda combinada no es más que la suma lineal de las señales individuales.

En la industria de grabación de audio, a veces se llama mezclado lineal a la suma lineal; sin embargo, en las radiocomunicaciones, el mezclado implica casi siempre un proceso no lineal.

Mezclado no Lineal: El mezclado no lineal sucede cuando se combinan dos o más señales en un dispositivo no lineal, como por ejemplo un diodo o un amplificador de señal grande. En el mezclado no lineal, las señales de entrada se combinan en forma no lineal y producen componentes adicionales de frecuencia.

La amplificación no lineal de una frecuencia única causa la generación de múltiplos, o armónicas, de esa frecuencia. Si las armónicas son perjudiciales, a esto se le llama distorsión armónica, o distorsión por armónicas. Si las armónicas son bienvenidas, se llama multiplicación de frecuencia.

7) Distorsión Armónica

La distorsión armónica es un parámetro técnico utilizado para definir la señal de audio que sale de un sistema.

La distorsión armónica se produce cuando la señal de salida de un sistema no equivale a la señal que entró en él. Esta falta de linealidad afecta a la forma de la onda, porque el equipo ha introducido armónicos que no estaban en la señal de entrada. Puesto que son armónicos, es decir múltiplos de la señal de entrada, esta distorsión no es tan disonante y es más difícil de detectar.

En todo sistema de audio siempre se produce una pequeña distorsión de la señal, dado que todos los equipos actuales introducen alguna no linealidad.

En sistemas eléctricos de corriente alterna, los armónicos son frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de trabajo del sistema y cuya amplitud va decreciendo conforme aumenta el múltiplo. En el caso de sistemas alimentados por la red de 50 Hz, pueden aparecer armónicos de 100, 150, 200 Hz o

Cuando se habla de los armónicos en las instalaciones de energía, son los armónicos de corriente los más preocupantes, puesto que son corrientes que generan efectos negativos. Es habitual trabajar únicamente con valores correspondientes a la distorsión armónica total (THD).

8) Ruido de intermodulación

Cuando las señales de distintas frecuencias tienen que compartir el mismo medio de transmisión puede producirse este tipo de ruido. El efecto del ruido de intermodulación es la parición de señales a frecuencias que sean siempre la suma o diferencia de las dos frecuencias originales, o múltiplos de estas.

Este tipo de ruido se produce en sistemas de transmisión no lineales produciéndose la inserción de nuevas frecuencias las cuales se adicionan o se restan con las frecuencias de la señal mensaje degenerándola.