Bloger del Ruido

Bienvenidos al bloger de Ruidos e Interferencias.

Hola, espero que le guste y le halla servido de algo el blog gracias por su atención.

Definición de Ruido

Por ruido se entiende toda componente de tensión o intensidad indeseada que se superpone con la componente de señal que se procesa o que interfiere con el proceso de medida. El ruido de un sistema se puede clasificar en uno de los dos siguientes grupos:

- Ruido interno o inherente: que corresponden al que se genera en los dispositivos electrónicos como consecuencia de su naturaleza física El ruido inherente es de naturaleza aleatoria.

- Ruido externo o interferencias: que corresponde al que se genera en un punto del sistema como consecuencia de acoplamiento eléctrico o magnético con otro punto del propio sistema, o con otros sistemas naturales o construidos por el hombre

Características de los niveles de ruido

Las fuentes de ruidos se basan en estas características:

Ruido Térmico o ruido Johnson: Es un ruido que está presente en toda resistencia y que es causado por la agitación térmica de los electrones (o huecos en el caso de semiconductores).

El ruido térmico es independiente de la naturaleza del material con que está construida, o de la intensidad de continua que la atraviesa.

Ruido de disparo (Shot noise): Es el ruido que se genera cuando una intensidad atraviesa una barrera de potencial, y es consecuencia de la naturaleza discreta de las cargas. La corriente de base de los transistores BJT presenta este tipo de ruido. El espectro del ruido de disparo es de tipo blanco, y su densidad de potencia es uniforme para todas las frecuencias y de valor

Ruido de fluctuación (Flicker Noise): Esta presente en todos los dispositivos activos y pasivos, aunque su origen depende del tipo de dispositivo. Es un ruido de tipo rosa (1/f) y que se caracteriza por ser función de la intensidad que atraviesa el dispositivo, f I inft K α = siendo, K: una constante que depende del dispositivo. I: Es la intensidad en continua que atraviesa el dispositivo. α: Es una constante propia del tipo de dispositivo y que varía entre 0.5<α<2 .

Fuente de Ruido

Las fuentes de ruidos se basan en estas características:

Ruido Térmico o ruido Johnson: Es un ruido que está presente en toda resistencia y que es causado por la agitación térmica de los electrones (o huecos en el caso de semiconductores).

El ruido térmico es independiente de la naturaleza del material con que está construida, o de la intensidad de continua que la atraviesa.

Naturaleza y causas de las interferencias

Por interferencias se entiende cualquier tipo de influencias físicas que contamine las señales o que reduzca la capacidad o prestaciones del sistema. Las interferencias pueden proceder del propio sistema, de equipos externos o del entorno ambiental.

Las interferencias eléctricas se pueden introducir por conducción, acoplo capacitativo, inducción magnética, o radiación electromagnética. Existen otras causas no eléctricas que también producen interferencias, como las vibraciones, la radiación térmica, etc... Fuentes típicas de interferencia son:

1) La red eléctrica de potencia, que en España es de 50 Hz, es la principal fuente de interferencia, ya que es omnipresente y que por ella fluyen altos niveles de intensidades.

2) Las variaciones de la temperatura, y los gradientes de temperaturas en los sistemas electrónicos tienen una gran influencia sobre todos los dispositivos semiconductores.

3) Los golpes y vibraciones mecánicas generan fallos y microinterrupciones en las conexiones y soldaduras deficientes.

4) Los motores de explosión, generan una señal disruptiva de alta potencia y con un espectro frecuencial muy amplio en el rango entre 30 y 300 MHz.

5) Los sistemas digitales se alimentan mediante intensidades que cambian de forma impulsiva durante los cambios de estado, a la frecuencia del reloj. Su magnitud y espectro frecuencial es fuertemente dependiente de los tiempos de cambio entre estados.

6) Los conmutadores de potencia generan impulsos de gran amplitud que son fuente de intensas interferencias. Los conmutadores electrónicos basados en tiristores, y dispositivos electrónicos de conmutación, que se utilizan en el control de motores y fuentes de potencia, son generadores de ruidos de amplio espectro, como consecuencia de la rapidez de sus cambios y del nivel de las intensidades que conmutan.

7) La escobillas de los colectores de los motores eléctricos constituyen unos interruptores mecánicos que operan a gran velocidad, y que generan un ruido con espectro entre 1 y 10 KHz.

8) Las descargas de arco que se producen en los sistemas de muy alta tensión, cuando están en mal estado, o cuando la atmósfera en la que operan es húmeda, proporciona un espectro blanco de gran amplitud.

9) En las lámparas de descarga, como los tubos fluorescentes o de neón, generan un ruido de interferencia con espectro relevante por encima de 1 MHz. En este caso, un elemento de filtro, como puede ser una inducción que trate de mantener constante la corriente, lo reduce drásticamente.

10) Otras fuentes de interferencias habituales son los equipo que operan con espectros frecuenciales muy estrechos, como los generadores de RF magnetrones, equipos de soldadura y cualquier tipo de transmisor.

Métodos para elimiar o minimizar las interferencias

Recomendaciones para reducir las interferencias son:

1) Asegurar que las líneas de retorno de referencia a tierra, de la señal y de las fuentes de alimentación sean diferentes y sólo se unan en un único nudo.

2) No conectar equipos de medida sensibles, y equipos generadores de interferencia (motores, maquinas de soldadura, etc.) sobre la misma línea de red de alimentación.

3) Conectar las referencias a tierra de las diferentes etapas mediante líneas de tierra independientes que se interconexionan entre sí en un único nudo.

4) Garantizar que los cables a tierra de las diferentes plantas del edificio sean independientes y se encuentren conectados en un único punto común de tierra.

5) La resistencia de un conductor es fuertemente dependientemente de la frecuencia, ya sea por efecto skin o por la geometría de la línea de acoplo en alta frecuencia. Por ello, sistemas de retorno a tierra que en continua son aceptables, no lo son para alta frecuencia. Así, se debe utilizar como líneas de tierra cables mallados de muchos hilos, y también se debe evitar mantener hilos de retorno de señal paralelos a los planos de tierra.

6) Introducir filtros que bloqueen las señales de interferencia. Para ello se utilizan choques inductivos en serie con las líneas de señal y cortocircuitos capacitativos en paralelo entre las líneas de alimentación.

Uso de tierras, blindaje, apantallamiento.

Se ha planteado la necesidad de introducir blindajes de cables y apantallamientos de equipos para eliminar las interferencias eléctricas por acoplamiento capacitativo, y así mismo, la necesidad de que los blindajes y los apantallamientos estén conectados a tierra para que sean eficaces. Así mismo, se ha planteado que para evitar las interferencias conductivas y las interferencias magnéticas, se deben evitar las conexiones múltiples entre equipos, que provocan corrientes de deriva, y bucles que captan campos magnéticos. Ambas condiciones son a veces contradictorias.

Estas intensidades tan elevadas, producen interferencias conductivas importantes, y así mismo, fluyendo en puntos tan próximos a las líneas de señal, produce intensas interferencias magnéticas. En el caso de un equipo con un único apantallamiento, es importante que la interconexión del nudo de referencia del circuito, con el apantallamiento del equipo, solo se realice en un punto. En caso contrario, la caídas de tensión conductivas a través del blindaje produce un efecto de interferencia.