El ruido se define como todo aquel conjunto de señales que se superponen a la señal deseada y la degradan. Este conjunto de señales tiene que producirse por causas naturales, porque si las causas son artificiales, como por ejemplo otro transmisor, estaríamos hablando de interferencias, no de ruido propiamente dicho.
Las causas naturales pueden ser debidas a causas externas e internas de propio elemento de comunicaciones. Un claro ejemplo de causa externa es el cosmos, las estrellas, el sol, etc. Hasta niveles bajos de energía radiados pueden ser críticos si el nivel de señal útil es bajo.
Un ejemplo de causa interna son los propios circuitos internos, ya que generan ruido. El más común es el ruido térmico. Este tipo de ruido se debe a los movimientos aleatorios de cargas eléctricas en los medios conductores y semiconductores. Siempre están presentes porque la causa principal de estos movimientos erráticos es la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura mayor va a ser el ruido.
Podemos clasificar el ruido de la siguiente manera:
Ruidos
en el amplificador
El
ruido generado por los componentes pasivos y activos de un amplificador
serán en definitiva los limitadores de la capacidad de
amplificar un
nivel mínimo de señal, ya que una señal que
esté por debajo del nivel
de ruido propio del amplificador, será imposible de ser
discriminada de
la de ruido, quedando enmascarada por ésta. Este límite
de ruido fijará
un umbral para el amplificador, a tener en cuenta especialmente para el
manejo de señales de muy bajo nivel, y la relación de
señal/ruido
permisible dependerá de la aplicación.
Para
un análisis detallado del ruido total generado por el
amplificador se
deberá hacer una análisis del ruido de cada uno de los
componentes para
luego establecer el ruido global.
El ruido en el amplificador se
puede caracterizar por el fenómeno
físico
al cual está ligado, por lo cual se puede tipificar de la
siguiente
manera:
-
Ruido térmico
-
Flicker noise
-
Popcorn noise
-
Ruido de avalancha
Ruido térmico o de
Johnson
El ruido térmico es causado por la agitación térmica de los portadores en un conductor o un semiconductor, por lo tanto es aplicable a electrones y huecos, y estará presente en todo componente pasivo que ofrezca una resistencia al paso de la corriente.
Su espectro de frecuencias es plano, es un ruido blanco. Se genera en cualquier elemento que se comporte como una resistencia. Se mide como un voltaje y es el límite inferior de ruido alcanzable para cualquier elemento con resistencia.
Depende directamente de la resistencia y de la temperatura (en ºK).
K es la constante de Boltzman y B en ancho de banda.
Ruido de impacto o de disparo
El ruido de impacto es un ruido inherente a las junturas semiconductoras, donde el mecanismo que produce dicho ruido está asociado a las cargas que cruzan la barrera de potencial de la juntura. Este ruido de impacto se produce por el cambio de energía cinética de las cargas en el momento de la recombinación, o sea el cambio de velocidad de movimiento de la carga eléctrica conlleva la radiación de un campo eléctrico, y que por el mecanismo de recombinación, es puramente aleatorio.
Para grandes corrientes (1A) sus efectos son completamente despreciables, pero para intensidades del orden de 1pA, puede suponer un 5.6% de la señal. Su espectro es plano.
q es la
carga de un electrón, y B el ancho de banda.
Noise
El
ruido de flicker también se conoce como ruido 1/f por tener una
característica de amplitud que es inversa a la frecuencia y deja
de
tener influencia por encima de los 1000 Hz para los transistores, no
así en otras aplicaciones, como en el caso del láser. Es
un ruido rosa.
Es un ruido añadido al ruido Johnson y al de disparo que depende del tipo de resistencia.
- Carbon-composition 0.1mV a 3.0mV
- Carbon-film 0.05mV a 0.3mV
- Metal-film 0.02mV a 0.2mV
- Wire-wound 0.01mV a 0.2mV
El ruido de la base
de un transistor BJT también es un ruido
de baja frecuencia.
Popcorn noise
Este
tipo de ruido está originado por las imperfecciones del material
semiconductor y a los implantes de iones pesados en el dopaje.
También
se le conoce como ruido de fritura y sus ruidos tienen una presencia
aleatoria con frecuencias muy bajas.
Ruido de avalancha
Este ruido es particular de las junturas
inversamente polarizadas,
donde el campo eléctrico puede alcanzar valores del orden de 105
V/cm,
por lo que se obtiene una corriente derivada de la ruptura de los
enlaces que produce un ruido eléctrico de una magnitud
considerable.
Para el caso general, podemos decir que la clasificación del ruido se puede dar de la siguiente manera:
Ruido blanco o Gaussiano
Es debido a la agitación térmica de los electrones en la línea de transmisión, o a la inducción de líneas eléctricas adyacentes. Se considera inevitable, pero por lo general no es un problema a menos que su nivel sea muy elevado. Ejemplos de este tipo de ruido los tenemos en el ceceo de fondo o estática conocido en radios y teléfonos. Se define como ruido aleatorio que contiene energía constante a cada frecuencia o más preciso una distribución uniforme de la energía sobre el espectro de frecuencias. El ruido que se oye en un radio FM cuando se sintoniza fuera de una estación emisora es aproximadamente ruido blanco.
Ruido rosa
Un tipo de ruido aleatorio en el que su contenido de energía se disminuye con 3 dB por octava de frecuencia se llama ruido rosa. La señal de prueba suele ser alguna forma de ruido rosa. El ruido rosa es una señal aleatoria que posee la misma energía en todas la bandas de frecuencia. Por otro lado el ruido rosa no es constante, sino que posee una cierta dinámica. La amplitud es inverso proporcional a la frecuencia, dando un efecto reposado. El ruido rosa nos permite de esta forma realizar estudios donde se pone a prueba no sólo el aguante térmico del altavoz, sino también el aguante mecánico.