¿Qué pasa con todo este ruido?

La gente suele hablar de ruido en los circuitos. Los amplificadores operacionales baratos son ruidosos , el funcionamiento de un motor puede crear ruido en el suministro, y muchos circuitos analógicos se ocupan de la relación señal- ruido (es decir, tratar de mantener el nivel de ruido bajo).

Mi intuición es que el ruido es la presencia de señales en frecuencias que no nos interesan. (Esto puede o no ser correcto). Sin embargo, no sé de dónde proviene este ruido.

¿Cómo aparece el ruido eléctrico? ¿Qué lo genera? ¿Como me deshago de esto?

La presencia de potencia en frecuencias que no le interesan puede filtrarse fácilmente. La presencia de potencia en las frecuencias que le interesan es el problema, ya que no se puede filtrar.

Hay varias fuentes principales de ruido . Sin embargo, depende del contexto del que esté hablando: cosas como la interferencia o la conversación cruzada pueden considerarse ruido en el contexto de, por ejemplo, la relación señal / ruido, pero cuando construye un 'amplificador de bajo ruido' , esto se refiere a fuentes intrínsecas de ruido.

Una fuente de ruido que es inevitable es el ruido térmico . Cualquier objeto que no esté sentado en el cero absoluto se comporta como un cuerpo negro e irradia radiación electromagnética. Este es un problema para las comunicaciones de RF de largo alcance porque la radiación del cuerpo negro del suelo, edificios, etc. aparecerá en la banda de interés y pondrá un 'piso' en el nivel de señal que puede recibir. Este ruido es más o menos plano hasta alrededor de 80 GHz, por lo que la potencia del ruido es simplemente proporcional al ancho de banda y la temperatura. El ruido térmico en la electrónica se llama ruido Johnson. El ruido de Johnson es generado por electrones (u otros portadores de carga) que se mueven debido a que no están en el cero absoluto. Esto se puede modelar como una fuente de voltaje en serie o una fuente de corriente en paralelo con cada resistencia en un circuito. El ruido de Johnson es proporcional al ancho de banda, la temperatura y la resistencia.

El ruido de disparo es un tipo de ruido muy diferente que ocurre cuando las cargas se mueven a través de un espacio (tubo de vacío) o a través de una unión de semiconductores (diodo, BJT). Dado que los operadores de carga son discretos (puede contarlos), la carga debe medirse en estas unidades cuantificadas. Cuando fluye una corriente, se moverá un número entero de portadores de carga, llegando a intervalos aleatorios. Para corrientes grandes, la fluctuación es tan pequeña que es básicamente indetectable. Sin embargo, para corrientes muy pequeñas, la corriente fluirá en una serie de 'pulsos', uno para cada electrón. Como resultado, el ruido de disparo se convierte en un gran problema a bajos niveles de señal. El ruido de disparo es blanco; lo que significa que es independiente de la frecuencia y que la potencia de ruido general es proporcional al ancho de banda.

El ruido de parpadeo , o ruido 1 / f , es otro tipo diferente de ruido. Esto ocurre en dispositivos electrónicos, además del ruido Johnson y el ruido de disparo. El ruido de parpadeo se denomina ruido 1 / f porque la potencia del ruido es proporcional a la inversa de la frecuencia: es alta a bajas frecuencias y baja a altas frecuencias. En general, el ruido de parpadeo depende del nivel de CC.

Otras fuentes de ruido son un poco menos comunes, como el ruido de avalancha . El ruido de la avalancha es causado por el colapso de la avalancha. Durante la descomposición de la avalancha, los electrones que fluyen liberan más electrones y crean una corriente de crecimiento exponencial. Los dispositivos como los fotodetectores de avalancha utilizan este efecto para detectar pequeñas cantidades de fotones al presionar el dispositivo justo al borde de la ruptura de la avalancha para que una pequeña cantidad de fotones que golpeen el detector liberen suficientes electrones para desencadenar la descomposición. El flujo de corriente durante la ruptura de avalanchas es muy ruidoso. De hecho, es tan ruidoso que los diodos de avalancha se utilizan como fuentes de ruido de RF para probar varios componentes de RF.

La diafonía, la interferencia y la intermodulación también son fuentes de señales no deseadas, pero técnicamente no son ruido. La diafonía y la interferencia son señales no deseadas que provienen de fuentes externas. La intermodulación proviene de no linealidades y hace que los canales adyacentes en el mismo medio se superpongan uno encima del otro. Este es un problema importante cuando se intenta transmitir una gran cantidad de canales en paralelo a medida que se mezclan entre sí. Generalmente esto es 2 Fa - Fb. Por ejemplo, si transmito dos canales con una separación de 1 kHz en 1 MHz, entonces estoy transmitiendo 1,000 MHz y 1.001 MHz. IMD significa que obtendré algo de potencia en 2 * 1.000 - 1.001 = 0.999 MHz y 2 * 1.001 - 1.000 = 1.002 MHz, lo que interferiría con los canales adyacentes en el mismo espacio.