Trabajo de ruido juan bastori
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República Bolivariana De Venezuela
Ministerio De Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
“ESTUDIO DEL RUIDO”
Alumno:
JUAN BASTORI
C.I.: 18.173.311
Maturín Febrero De 2017.
CONTENIDO
• Definición De Ruido
• Clasificación De Los Tipos De Ruidos
• Temperatura Equivalente De Ruido Y Factor De Ruido De Un Atenuador
• Factor De Ruido De Un Dipolo.
• Factor De Ruido De Un Sistema. Circuitos Equivalentes De Ruido Factor Y
Temperatura Equivalente De Ruido De Un Sistema Receptor.
• Relación Señal/Ruido
• Factor De Ruido
• Mezclado Lineal Y No Lineal.
• Conceptos Generales De Distorsión Armónica Y Ruido De Intermodulación
• Ruido De Intermodulation
• Bibliografía
Definición de ruido
Qué es el Ruido:
En comunicación, se denomina ruido a toda señal no deseada que se mezcla con la
señal útil que se quiere transmitir. Es el resultado de diversos tipos de perturbaciones
que tiende a enmascarar la información cuando se presenta en la banda de frecuencias
del espectro de la señal, es decir, dentro de su ancho de banda.
Tipos de ruidos
En función de la variabilidad del pico de emisión se pueden distinguir tres tipos de
ruido: continuo, intermitente y de impacto. Otra forma de clasificación de los sonidos
distingue entre ruido blanco, ruido rosa y ruido marrón.
En función del origen del ruido, se pueden clasificar los ruidos en: ambiental
(compuesto por varios sonidos del entorno en el que no destaca uno en particular),
específico (identificable y asociado a una única fuente) e inicial (sonido previo a una
modificación).
Ruido blanco
El ruido blanco o sonido blanco es un tipo de señal de carácter aleatorio y que no
presenta correlación estadística entre sus valores en dos tiempos diferentes. Este tipo
de ruido presenta todas las frecuencias y su potencia es constante (la potencia de
densidad del espectro es plana). Algunos ejemplos de ruido blanco podría ser el sonido
producido por una aspiradora en funcionamiento, un secador de pelo. Debe su nombre
por asociación con el concepto de 'luz blanca'.
Ruido industrial
El ruido industrial es aquel producido por actividades humanas de este sector. Se
produce, por ejemplo en el funcionamiento de maquinaria en procesos de producción
como en el sector de la metalurgia. El ruido industrial no sólo es un riesgo laboral que
puede afectar a los trabajadores, sino que también pueden causas trastornos y
molestias a la población cercana (por ejemplo en un pueblo en el que
existe una fábrica) y también a la fauna del entorno.
En muchos países existe legislación que regula el ruido industrial para evitar problemas
derivados. Algunas de ellas tienen que ver, por ejemplo, con el uso de equipos de
protección por parte de los trabajadores o con el aislamiento acústico de determinados
locales.
Diferencia entre ruido y sonido
De una forma genérica, se puede decir que el término 'sonido' es más amplio que el de
'ruido' ya que un ruido es un tipo de sonido que produce sensaciones desagradables.
Desde el punto de la vista de la Física, el ruido se diferencia del sonido en que el
primero es irregular y no hay concordancia entre los tonos fundamentales y sus
armónicos mientras que en el sonido sí existe.
Ruido Eléctrico
Es una señal indeseable que afecta el funcionamiento de los circuitos eléctricos y
sistemas de comunicaciones, por lo tanto se trata de eliminar, aunque no es 100%
posible, solo se atenúa.
Clasificación de los tipos de ruidos
Ruido Correlacionado:
Es aquel que es provocado por la presencia de una señal.
Distorsión Armónica:
Es una distorsión angular a las frecuencias y lineal al tiempo.
Distorsión de Intermodulación
: Energía generada por las sumas y diferencias creadas por la amplificación de 2 o más
frecuencias amplificadas en un amplificador no lineal.
Ruido No Correlacionado:
Es ruido independiente de la señal y existen en su ausencia o en su presencia. La
señal es perturbada por ellos y no los determina.
Pueden ser:
Externo: Es generado fuera del circuito
Ruido Atmosférico:
Energía eléctrica que ocurre naturalmente y se origina en la atmosfera, también se le
conoce como electricidad estática.
Ruido Extraterrestre:
Se origina fuera de la atmosfera de la tierra, se divide en dos grupos
Solar:Este se genera directamente de la energía del calor del sol.
CósmicoEs el ruido provocado por las estrellas, como nuestro sol, solo que están fuera de
nuestro sistema y por lo tanto es demasiado pequeño este ruido.
Ruido "Hecho por el Hombre":
Es el ruido que se le atribuye al hombre, entre los cuales se encuentran sistemas que
provoquen chispas, como los conmutadores, los sistemas de ignición automotriz, entre
otros.
Internos:Interferencia eléctrica generada dentro de un dispositivo.
Ruido Térmico(o Ruido Blanco):
Es el movimiento aleatorio de electrones libres dentro de un conductor causado por la
agitación térmica.
Ruido de Disparo:
Se da cuando el número finito de partículas que
transportan energía es suficientemente pequeño para dar lugar a la aparición de
fluctuaciones estadísticas.
Ruido de Tiempo de Transito:
Modificación de una corriente conforme pasa de la entrada hasta la salida de un
dispositivo.
Ruido térmico
Este tipo de ruido se debe al movimiento aleatorio de los electrones libres en medios
conductores tales como resistores. Debido a su energía térmica, cada electrón libre
dentro de un resistor está en movimiento; la trayectoria del movimiento de un electrón
es aleatoria debido a sus colisiones. El movimiento de todos los electrones establece la
corriente eléctrica por el resistor. La dirección del flujo de corriente es aleatoria y su
valor medio es cero. Se puede demostrar que su espectro de densidad de potencia
está dada por:
Donde k es la constante de Boltzman, T la temperatura ambiente, G es la
conductancia del resistor (en mhos) y a es el número promedio de colisiones por
segundo de un electrón.
El orden de magnitud de a es de 1014 número de colisiones por segundo, por lo que el
espectro será esencialmente plano a frecuencias muy altas. Este se puede considerar
plano hasta frecuencias en el rango de 1013Hz.
Por lo tanto, la contribución de ruido térmico de cualquier circuito está limitada al ancho
de banda del mismo, así que generalmente se considera que el ruido térmico tiene un
espectro de densidad de potencia constante, es decir que contiene componentes de
todas las frecuencias. A este tipo de ruido, por su particularidad se le conoce como
RUIDO BLANCO.
Por lo tanto, una resistencia R se puede representar por una conductancia G (1/R) no
ruidosa en paralelo con una fuente de corriente de ruido (in) con un espectro de
densidad de potencia 2kTG, como se ilustra en la figura. Esta también puede
representarse con un equivalente de Thévenin, donde:
Caracterización del ruido térmico
El ruido térmico es una perturbación de carácter aleatorio que aparece de forma
natural en los conductores por agitación de los electrones; es dependiente de la
temperatura, de modo que aumenta su potencia conforme ésta
aumenta. Se suele denominar ruido blanco debido a que, en la gama
de frecuencias particular de trabajo, se puede considerar con
densidad espectral uniforme.
La potencia media de ruido térmico en una resistencia pura se puede considerar como
un generador de tensión asociado a esa resistencia con valor cuadrático medio:
Vn2 = 4kTBR
Vn: valor cuadrático medio de la tensión de ruido (V2)
k : constante de Boltzmann, 1,381 10-23 Julios/Kelvin
t : temperatura absoluta (Kelvin, K)
B : ancho de banda (Hz)
R : resistencia (ohmios, W)
La potencia media de ruido es la que se entrega al receptor visto como una carga, y su
valor máximo se puede obtener en condiciones de adaptación de impedancias. Su
expresión es:
N=kTB
N : potencia media de ruido (W)
Guía de cálculo de ruido propagación o ruido térmico
Fórmula para telefonía
La relación señal Ruido está dada por la formula.
S/N= Pr/(K F T b)= (DF2/Fc) · r · w
Donde :
Pr = Potencia recibida
F = Figura de ruido del receptor
KT = Constante de Boltzmann
b = ancho de banda del canal telefónico
Fc = frecuencia del canal
r = preénfasis
w = Factor de ponderación
Df = excursión de frecuencias rms
(Df/Fc)2 = Ganancia de modulación
Expresada en dB la relación señal ruido está dada por:
(S/N)(dB) = 10log (Pr)-10log (F K T b)+20log (Df/Fc)+r+w
Todos los términos excepto Pr son constantes ara un material.
Dado utilizado en condiciones determinadas. Por lo tanto podemos escribir:
(S/N)(dB) = Pr (dBm) - Rref (dBm)
Rref = 10log (F K T b) -20log (Df/Fc) - r - w
Sustituyendo valores:
b=3100 Hz; K=1.38x10-23 W; T=290 ºK
Rref = -139,2 dBm + F(dB)-20log(Df/Fc) - r(dB) - w(dB)
Valores de Fc
Nº de
canales24 60
12
0900 600 960 1800 2700
Fc(KHz) 104 240 53 1248 2438 388 7600 11700
4 6
Df = 200 Khz para n = 60 – 960
Df = 200 Khz para n = 1800 – 2700
Nº de
canales24 60 120 900 600 960 1800 2700
20log(Df/Fc) 5.68-
1.58-8.53 -15.9 -21.72 -25.77 -34.69 -38.44
El ruido N es expresado en potencia (picowatts) resulta:
Factor de ruido
Se define el factor de ruido de un cuadripolo, f, a partir de la potencia de ruido interno
del modo siguiente:
ni = k B g to (f - 1)
con t0 la temperatura ambiente de referencia, 290K. El factor de ruido siempre toma
valores superiores a la unidad.
De este modo, la potencia de ruido a la salida del cuadripolo será:
ns = ng g + k B g to (f - 1)
De estas expresiones, se determina la equivalencia entre factor de ruido y temperatura
equivalente de ruido:
teq = to (f - 1) Þ f = 1 + teq / to
La temperatura equivalente de ruido se suele usar en dispositivos con factor de ruido
muy pequeño como son los empleados en telecomunicación por satélite. El factor de
ruido se suele emplear en sistemas de telecomunicación terrena –comunicaciones
entre una estación en tierra o en la atmósfera y la otra en el espacio- y terrestre –tanto
transmisor y receptor se encuentran en la superficie terrestre-.
El factor de ruido se expresa ordinariamente en dB, en cuyo caso se le suele
llamar figura de ruido, F
F = 10 log f
Sólo en el caso de que la potencia de ruido a la entrada del cuadripolo sea kbt0,
Cuando se pretende medir el factor de ruido de un dispositivo y teniendo en cuenta que
el ruido interno es independiente de la terminación de salida o carga del cuadripolo, se
simulan estas condiciones particulares –potencia de ruido a la entrada, kbt0-. Así, el
factor de ruido se calcularía como el cociente entre la potencia disponible de ruido total
a la salida y la potencia disponible de ruido a la salida debida a la terminación de
entrada a la temperatura de referencia t0supuesto que el cuadripolo no introdujera
ruido.
Sólo en el caso de que la potencia de ruido a la entrada del cuadripolo sea kbt 0, se
puede interpretar el factor de ruido como el cociente entre las relaciones señal/ruido a
la entrada y a la salida del dispositivo:
TEMPERATURA EQUIVALENTE DE RUIDO Y FACTOR DE RUIDO DE UN ATENUADOR
Para caracterizar a un atenuador desde el punto de vista de ruido, basta definir la
atenuación, a, que introduce y la temperatura física, tfis, a la que se encuentre. La
temperatura equivalente de ruido se particulariza en función de a y tfis:
Mientras que el factor ruido quedaría:
Sólo en el caso de que tfis = 290K, f=a
FACTOR DE RUIDO DE UN DIPOLO.
En el caso de un dipolo, sólo existe acceso a los terminales de salida, y las únicas
fuentes de ruido son internas. Si la potencia disponible de ruido en los bornes del dipolo
es n, se definen el factor de ruido y la temperatura de ruido como sigue:
Una antena es un caso particular de dipolo, donde la temperatura de antena se calcula
del modo que se explica en el apartado 2.
FACTOR DE RUIDO DE UN SISTEMA.
Otro factor de ruido utilizado al describir los receptores es el factor de
ruido del sistema. En esta expresión se tiene en cuenta el ruido
interno de los cuadripolo y el ruido presente a la entrada del sistema.
Se obtiene como sigue:
CIRCUITOS EQUIVALENTES DE RUIDO
Potencia de ruido introducido por una antena.
En general, una antena puede modelarse circuitalmente como dos resistencias en
serie: una resistencia ficticia denominada de radiación, Rr, y una resistencia que
representa las pérdidas de la antena, Rp. Teniendo en cuenta esto, podemos afirmar
que el ruido total introducido al sistema por una antena será el debido a ambas
resistencias. Así, por un lado, el ruido introducido por Rr equivale al ruido captado por la
antena –se caracteriza por una temperatura de ruido tA que se determinará más
adelante-, mientras que el producido por Rp es debido a las pérdidas de la antena y
está caracterizado por la temperatura ambiente, tar.
Dado que el ruido introducido por “ambas resistencias”
está incorrelado, para calcular la potencia de ruido entregada a ZL podemos aplicar el
teorema de superposición:
a) en primer lugar, calculamos la potencia de ruido entregada a ZL, na, debido
a Rr suponiendo que Rp no introduce ruido;
b) después, calculamos la potencia de ruido entregada a ZL, nar, suponiendo que Rr no
introduce nada de ruido.
c) La potencia total de ruido entregada por la antena, ner, será la suma de ambas
potencias.
Sabiendo que, en general, el ruido introducido por una resistencia se caracteriza por
una tensión de ruido cuyo valor cuadrático medio es
Donde:
k = constante de Boltzmann,
t = la temperatura de ruido,
b = el ancho de banda
R = el valor de la resistencia, se calculan los valores de na y nar.
a) Cálculo de na .
Se supone que la resistencia de pérdidas no introduce ruido. Si se
particulariza (29) para la resistencia de radiación, (29) se convierte en
Con lo cual
Donde Gr es el coeficiente de reflexión debido a la des adaptación de impedancias
existente entre la antena y la línea de transmisión y el receptor.
b) Cálculo de nar.
De igual modo que en el caso anterior y suponiendo que la resistencia de radiación no
introduce ruido, (29) se convierte en
Con lo cual
De este modo,
Teniendo en cuenta que la potencia disponible en bornes de la antena, ndr, es la que
se entregaría en condiciones de adaptación de impedancias, la potencia de ruido
entregada al receptor se puede poner en función de ndr del siguiente modo:
Rescribiendo ndr
Se comprueba que esta expresión coincide con la que caracteriza la potencia de ruido
a la salida de un atenuador de temperatura física tar y atenuación Rr+Rp/Rr cuando a la
entrada se tiene un generador de ruido de potencia kbtA.
Una antena con los siguientes parámetros:
-Temperatura de antena, tA,
-Resistencia de radiación, Rr,
-Resistencia de pérdidas, Rp, a una temperatura física, tar,
Se puede modelar a efectos de ruido como una antena ideal de
temperatura equivalente tA conectado en serie con un atenuador de
temperatura física tary eficiencia ηr =1/aar=Rr/(Rr+Rp)
FACTOR Y TEMPERATURA EQUIVALENTE DE RUIDO DE UN SISTEMA RECEPTOR.
En la figura se representa el modelo general del sistema receptor usado para el cálculo
de los parámetros y potencia de ruido.
El modelo está constituido por los siguientes elementos:
a) La antena real se modela, como ya se explicó, como una antena ideal con una
temperatura equivalente de ruido igual a tA y un factor de ruido fA ( fA=tA/t0) conectada en
serie con un atenuador de atenuación aar y tar, ya definidas.
b) Línea de transmisión que conecta la antena al receptor con una temperatura ttr y
unas pérdidas atr.
c) Receptor propiamente dicho, con una ganancia de potencia g y un factor de ruido
fr.
El punto A indica la salida de la antena real, R indica la entrada del receptor y S la
salida del receptor.
RELACIÓN SEÑAL/RUIDO
La relación señal/ruido (en inglés Signal to noise ratio SNR o S/N)
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.
Rango dinámico y relación señal/ruido 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.
Que en las especificaciones técnicas de un equipo aparezca la relación señal/ruido
indicada en dB no significa nada si no va acompañado por los puntos de referencia
utilizado y las ponderaciones.
Para indicar correctamente el margen dinámico, la medida en dB debe ir acompañada
por:
• la curva de ponderación.
• el nivel de referencia.
Por ejemplo, en el caso de un magnetófono en unas especificaciones técnicas
encontraríamos:
60 dB, CIR 468-3 (ref. 1 kHz, 320 nWb/m-1).
• CIR 468-3 es la curva de ponderación
• 1 kHz es la frecuencia de referencia
• 320 nWb/m-1 es el nivel magnético en que se ha grabado el nivel de referencia.
Evidentemente, para poder comparar equipos en lo que se refiere a su respuesta en
frecuencia, los equipos deben haber medido esta relación señal/ruido utilizando la
misma curva de ponderación y nivel de referencia.
FACTOR DE RUIDO
La magnitud del ruido generado por un dispositivo electrónico, por
ejemplo un amplificador, se puede expresar mediante el
denominado factor de ruido (F), que es el resultado de dividir la
relación señal/ruido en la entrada (S/R)ent por la relación señal/ruido en la
salida (S/R)sal, cuando los valores de señal y ruido se expresan en números simples :
Sin embargo, como los valores de la relación señal/ruido suelen expresarse en forma
logarítmica, normalmente en decibelios, el factor de ruido en decibelios será, por tanto,
la diferencia entre las relaciones S/R en la entrada y en la salida del elemento bajo
prueba ya que:
En lugar de , también es común efectuar la medida del factor de ruido en decibelios A
(DBA) ponderados en función de la (curva A)
El factor de ruido es un parámetro importante en los sistemas de transmisión, ya que
mientras el ruido externo nunca se podrá eliminar totalmente, la reducción del ruido
generado por los equipos depende del cuidado de su diseño. La expresión figura de
ruido es una traducción errónea del término inglés Noise Figure.
MEZCLADO LINEAL Y NO LINEAL.
En telecomunicaciones, un mezclador es un circuito no lineal variante con el tiempo o un dispositivo capaz de mezclar dos señales de entrada, y , a frecuencias diferentes, produciendo a su salida una mezcla de señales de
diferentes frecuencias igual a una combinación lineal de las dos frecuencias de entrada:
• la suma de las frecuencias de las señales de entrada
• la diferencia entre las frecuencias de las señales de entrada
• las dos señales originales, habitualmente consideradas como parásitas que se eliminan mediante filtros de frecuencia.
Se utiliza habitualmente para hacer una conversión de frecuencias en sistemas de trasmisión o recepción de señal, en todas las bandas de frecuencias.
Hay dos tipos de clasificaciones para los mezcladores, dependiendo de la ganancia o perdida de conversión y dependiendo de la estructura utilizada para la implementación:
Clasificación según las ganancias o pérdidas de conversión
• 'Mezcladores pasivos: generalmente se utilizan diodos como elementos no lineales, no tienen ganacia si no que tienen perdidas de conversión (la potencia de salida es inferior a la de entrada) y tienen la relación de Factor de ruido = Pérdidas de conversión.'
• 'Mezcladores activos: están basados en transistores los cuales requieren una polarización, tienen ganancia de conversión (la potencia de salida es superior a la de entrada), requieren un menor nivel de señal del OL y el Factor de ruido es independiente de las ganancias de conversión, lo da el fabricante.'
Clasificación según la estructura utilizada en la implementación
Mezclador simple
Este tipo de mezcladores se utilizan en diseños a muy altas frecuencias donde se
requiere simplicidad en el circuito o en aplicaciones en las que sea más importante el
precio que las prestaciones técnicas. Solo se utiliza un elemento no lineal como
mezclador de señal y unos filtros para seleccionar la señal útil.
Mezclador equilibrado
A diferencia de los mezcladores simples en los que utilizamos filtros para separar las
frecuencias, en un mezclador equilibrado, para separar señales de entrada en RF y
oscilador local y evitar o eliminar los productos de intermodulación no deseados, se
utilizan dos o más mezcladores simples conectados a través de circuitos híbridos. De
esta forma, las señales deseadas se suman en fase a la salida y las indeseadas en
contrafase, consiguiendo eliminarlas. La principal característica de estas estructuras es
que suprimen los armónicos pares de OL-RF y mejoran el aislamiento OL-RF y OL-FI
sin necesidad de filtros. La expresión de salida de la señal es:
Observando la expresión de la señal de salida, vemos que solo genera armónicos y
productos de intermodulación impares con , por lo tanto, no tan cercanos a la señal útil
que se encontraría en . Para obtener la señal útil se aplica un filtro paso bajo centrado
en la frecuencia de FI.
Mezclador doblemente equilibrado
Este tipo de mezclador emplea cuatro elementos no lineales combinados de tal forma
que consigue eliminar los productos de mezcla correspondientes a todos los armónicos
pares tanto de la señal de RF como del oscilador local. Desarrollando la tensión a la
salida en función de las tensiones de entrada, se comprueba que sólo incluye los
términos de frecuencia de la forma:
Se utilizan circuitos integrados con transistores bipolares como elementos activos, en frecuencias inferiores a unos 100MHz. Es difícil encontrar mezcladores doblemente equilibrados a
frecuencias superiores a algunas decenas de gigahercios.
Mezclador con rechazo de frecuencia imagen
Estos mezcladores son útiles cuando resulta difícil filtrar la frecuencia imagen
(frecuencia simétrica de la señal respecto a la señal del OL) a la entrada del mezclador.
En la imagen podemos ver que se compone de dos mezcladores doblemente
equilibrados a los que se aplica la señal a a través de un híbrido de 90º y el oscilador
local a través de un divisor de potencia. La salida de cada uno de los mezcladores se
combina en un híbrido de 90º para obtener la frecuencia intermedia. Si la frecuencia del
oscilador local es superior a la de la señal, la mezcla deseada (mezcla diferencia)
aparece a la salida de frecuencia intermedia, mientras que la banda imagen es
rechazada. En la otra puerta del híbrido aparece la mezcla suma que es llevada a la
carga.
CONCEPTOS GENERALES DE DISTORSIÓN ARMÓNICA Y RUIDO DE INTERMODULACIÓN
DISTORSIÓN ARMÓNICA
Si en un sistema no lineal introducimos un tono de frecuencia , en la salida tendremos ese mismo tono (con una amplitud y fase posiblemente diferentes) y, sumado a él, otros tonos de frecuencia llamados armónicos del tono fundamental .
Definimos THD de la siguiente manera:
Donde es la potencia del tono fundamental y con es la potencia del armónico i-ésimo
que contiene la señal. Todas las medidas de potencia se realizan en la salida del
sistema, mediante un filtro paso banda y un osciloscopio o bien mediante un analizador
de espectro.
En realidad existen varios criterios para definir el THD, como considerar la relación
entre voltajes o corrientes esta es una información falsa que carece de fuentes
seguras.
INTERMODULACIÓN
La intermodulación es la alteración de la forma de onda de una señal
debido a que la ganancia no lineal del sistema genera nuevas componentes
espectrales en frecuencias que son suma y resta de las frecuencias de las
componentes espectrales ya presentes en la señal.
RUIDO DE INTERMODULACIÓN
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.
BIBLIOGRAFIA
• https://www.significados.com/ruido/
• http://es.geocities.com/allcircuits4/ruido.htm
• http://www.eveliux.com/fundatel/am-fm.html
• http://medusa.unimet.edu.ve/sistemas/bpis03/radiocomunicaciones/guiaspdf/
GUI17TELECOMUNICACIONES.pdf
• http://www.com.uvigo.es/asignaturas/rcom/TEMA5.htm
• http://hkenny.mex.tl/1476769_ Ruido-Electrico.html