Ruido en Componentes Electrónicos

Introducción:

El ruido eléctrico es el resultado de una cantidad mayor o menor de señales eléctricas aleatorias que se acoplan en circuitos en los que no deberían estar, por ejemplo, donde pudieran interrumpir señales de transferencia de información. El ruido se produce tanto en circuitos de señales como de alimentación, pero, generalmente, se convierte en un problema cuando se producen en circuitos que manejan señales que representan algún tipo de información. Los circuitos de señales y datos son particularmente vulnerables al ruido, dado que funcionan a altas velocidades y con niveles de baja tensión. Cuanto menor sea la tensión de la señal, menos amplitud de la tensión de ruido se puede tolerar. La relación señal-ruido describe la cantidad de ruido que un circuito puede tolerar antes de que la información sea inválida, es decir, la señal, se vea afectada.

Tipos y fuentes del ruido:

El ruido eléctrico puede originarse de varias maneras: 

1. Ruido errático: Incluye el ruido atmosférico y el ruido espacial, que es consecuencia entre otras causas de la ionización y recombinación de moléculas gaseosas por acción de la radiación solar, cósmica, campos eléctricos intensos, entre otros. Afecta principalmente las transmisiones inalámbricas.
2. Ruido producido por el hombre: Comprende la radiación electromagnética emitida por artefactos empleados por el hombre. En general, se origina en conmutaciones, chispas o emisión voluntaria o involuntaria de radiofrecuencia. También incluye las perturbaciones ocasionadas por la modificación de la carga en sistemas de alimentación y por filtrado insuficiente en las fuentes de corriente continua que rectifican una corriente alterna. Este último, es el clásico zumbido a la frecuencia de línea en los amplificadores de audio. 
3. Ruido circuital: Es el ruido introducido por los propios elementos del circuito y se debe a los fenómenos físicos que tienen lugar en ellos. Por ejemplo, la agitación térmica de los electrones en las resistencias (que da origen al ruido térmico), las pequeñas variaciones de temperatura con el tiempo, la naturaleza discreta de las cargas que atraviesan una barrera de potencial en los dispositivos electrónicos y la fluctuación de conductancia en los contactos imperfectos. 

Los zumbidos se pueden eliminar con filtros adecuados, típicamente capacitores o inductores ubicados estratégicamente para bloquear las componentes espectrales ubicadas en las correspondientes bandas de frecuencia. En general, son de carácter determinístico, ya que contienen frecuencias perfectamente definidas (por ejemplo, los armónicos de una fuente de alimentación o tonos derivados de una subportadora en señales de FM). 

El ruido electromagnético puede minimizarse por medio de blindajes electrostáticos y/o magnéticos, según qué campo predomine. En algunos casos el uso de conexiones balanceadas (dos líneas con señales opuestas en fase y una línea común de masa) permite cancelar el ruido captado por los conductores. Puede ser determinístico o aleatorio, o una superposición de componentes de ambos tipos. Debido a su propia naturaleza, asociada a procesos físicos inevitables, el ruido circuital es el más difícil de eliminar. La única forma de reducirlo es con diseños cuidadosos y ajustados que además empleen elementos de bajo ruido. En general el ruido circuital es aleatorio.

Características del ruido:

Con independencia de que diseñe un blindaje apropiado o se optimice el diseño para reducir la fuente que genera el ruido, siempre hay un cierto nivel de ruido intrínseco en el circuito. Por ello, es importante disponer de técnicas de valoración del nivel de ruido, así como métodos para determinar sus componentes, ya hayan sido generadas en los elementos del sistema o hayan sido introducidas por el propio sistema de medida. 

Según sea la naturaleza del ruido que exista, se deben utilizar diferentes criterios de medida:

• En el caso que se trate de ruido blanco, la distribución de valores es de tipo gaussiana, y la magnitud más adecuada para medir su intensidad es el valor cuadrático medio (valor rms) ya sea naturaleza física una tensión, una intensidad o potencia.

Si en(t) (o in(t)) es la forma de onda de una tensión (o intensidad) correspondiente a una señal de ruido, el valor cuadrático medio (rms) En (o In) del ruido, se define como: 

siendo T una ventana de medida adecuada.

     

ruido en amplificadores y circuitos lineales,

ruido y derivas en componentes pasivos, 

ruido ambiental, ruido electrotérmico,

 ruido electroquímico, 

ruido electromecánico.

Modelación y simulación del error electrónico.

Interferencias conducidas.

Interferencias eléctricas y magnéticas,

interferencias radiales.