Apunte 3

Borrador con posibles errores y modificaciones Mg. Ing. Manuel L. González
Ruido
1.-DEFINICIÓN DE RUIDO
La tensión de ruido que aparece en los terminales de salida de distintos sistemas
electrónicos, es una perturbación que reconoce distintos orígenes. Fuentes externas tales
como líneas de C.A., motores, generadores, transformadores, computadoras, tormentas
eléctricas y transmisiones de radio, se encuentran entre las mas frecuentes. Entre las
fuentes internas más características se pueden mencionar el ruido térmico sobre
resistencias, fuentes de alimentación interna, reloj digital, microprocesadores y fuente
de potencia conmutables.
Estas fuentes de ruido producen señales que se manifiestan de diferente modo.
Así se tienen señales de ruido en las que su forma no puede ser precedida, pese al
análisis previo que se le halla realizado. En estas es aleatoria la amplitud y la fase,
denominándose “ruido aleatorio”. Aquellos en las cuales su aparición y amplitud son
aleatorias pero sus componentes son coherentes en fase son las denominadas “ruido
impulsivo”.
También el ruido puede clasificarse según el tipo de sistema sobre el cual actúe.
Así tendremos ruido en equipos de comunicaciones, ruido en sistemas digitales y ruido
en amplificadores operacionales.
En equipos de comunicaciones y en particular en receptores, existen mediciones
características tales como la sensibilidad que da idea de la ganancia del receptor para
una determinada relación señal/ruido o la tensión de entrada equivalente de banda
lateral de ruido que representa el ruido generado por el equipo colocado a la entrada del
mismo y suponiendo a este ideal; son parámetros que definen el sistema en su conjunto
pero no da idea de la degradación que cada subconjunto produce, producto del ruido
propio. Para ello es utilizada la cifra de ruido
La salida de un amplificador operacional siempre contiene señales que no
pueden predecirse aunque se conozca la señal de entrada, la función transferencia de
lazo cerrado y todas las impedancias de carga.
Estas señales no deseadas se llaman ruido. Se pueden introducir en el circuito
por el mismo amplificador, por los componentes que se usan en el lazo de
realimentación, por la fuente de alimentación o pueden acloparse o inducirse en la
entrada, la salida, el retorno de tierra o en el circuito de medición desde fuentes cercanas
o distantes.
El interés del proyectista en el tema del ruido, depende de la resolución deseada
en la banda de frecuencia de interés y en la necesidad de evitar transmitir ruido en las
bandas que no deban usarse momentáneamente. Como los amplificadores operacionales
se usan principalmente como preamplificadores y procesadores de señales de alta
precisión, la resolución tiene importancia fundamental.
El ruido en un circuito digital, puede clasificarse en dos grandes grupos, de acuerdo a la
duración del mismo; a) Ruido de continua (o estática) y b) Ruido de alterna (ó
dinámico). Si la duración del ruido es mayor que el tiempo de respuesta del circuito en
estudio se lo considera un ruido de continua; si en cambio el ancho del pulso es igual o
menor que el tiempo de transición de dicho circuito, se trata de un ruido de alterna. Para
desarrollar un método de medición de ruidos, se deberá considerar que la perturbación
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es realmente efectiva, es decir cuando afecte a por lo menos un elemento de memoria
del circuito. Es decir que para que un pulso de ruido sea realmente efectivo, al atacar
una compuerta este debe tener a la salida, como mínimo, una amplitud igual que a la
entrada, De lo contrario se ira atenuando a través de una cadena de compuertas
sucesivas. Como puede verse, este concepto es totalmente equivalente al anterior.
Para el caso de sistemas lineales, se utiliza un factor que permite caracterizar el
sistema en su conjunto o sus elementos individualmente desde el punto de vista del
ruido y de la forma que este degrada la calidad del sistema o subsistema. Este factor se
denomina cifra de ruido.
2.-CIFRA DE RUIDO
Este factor, también se denomina número de ruido o figura de ruido. A continuación se
analizarán los conceptos sobre los cuales se basa este factor, y se presentaran distintos
equipos que permiten medir ruido, para posteriormente hacer la medición de la cifra de
ruido.
2.1.-Máxima Potencia Disponible
Eg 2 rc
[watt ]
Para el circuito de la Figura… la potencia disponible en la carga es
(rc + rg ) 2
y
su valor máximo esta dado para
rc = rg ⇒
E g2
4rg
En el caso que la carga sea una
impedancias, zc debe ser compleja conjugada de zg. Esto es independiente de que el
generador entregue una señal determinística o aleatoria. Para el caso de una señal
determinística muchas veces se denomina Máxima Potencia de Señal Disponible.
En el caso que el circuito estuviera abierto y el generador solo produjese ruido,
producto de su resistencias internas, tendríamos a la salida una tensión de ruido igual a
Er 2 = 4 KT0 Rg Δf
Con la perfecta adaptación tenemos lo que se define como Máxima Potencia de
Ruido Disponible
4 KT0 Rg Δf
= KT0 Δf
Pr =
4 Rg
estas dos potencias máximas de señal y de ruido, las tenemos a la entrada. A la salida se
tendrá señales que son productos del proceso que sobre la misma realiza el sistema más
el ruido propio generado por este. Solo en el caso ideal la salida se debe únicamente al
proceso sobre las señales de entrada.
2.2.-Máxima Ganancia de Potencia
2
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Ps
que para el caso de cuadripolos con una determinada
Pe
banda pasante, se especifica para la frecuencia media o central como si el ancho de
banda fuera un rectángulo ideal.
Se define por G =
2.3.-Ancho de Banda Efectivo
Cuando se define potencia de ruido se hace con un ∆f determinado que implica
considerar una banda pasante rectangular. Dado que en realidad la ganancia varía con la
frecuencia, se debería definir a la potencia máxima de ruido como:
∫G
fx
KT0 df
igualando con la expresión para un pasa banda ideal, GKT0∆f , se tiene
la expresión del ancho de banda efectivo
Δf ef =
1
G ( f )df
G∫
2.4.-Cifra de Ruido
En el circuito de la Fig. tenemos las siguientes señales
KT0∆f
Pe
N
Ps
KT0∆f: Máxima potencia de ruido a la entrada
Pe : Máxima potencia de señal disponible a la entrada
N
: Máxima potencia de ruido disponible a la salida
Ps : Máxima potencia de señal disponible a la salida
Si se analiza la relación señal / ruido en los extremos de entrada y salida tendremos:
A la entrada Pe/KT0∆f
y a la salida Ps/N
La cifra de ruido se define como la relación entre las dos relaciones antes indicadas
Pe
KT0 Δf
1 N
F=
=
⇒ N = FGKT0 Δf = GKT0 Δf + ( F − 1)GKT0 Δf
Ps
G KT0 Δf
N
expresión que representa el ruido a la salida como la suma del ruido a la entrada
amplificado mas una fuente de ruido con características similares a las de la entrada
multiplicada por un factor (F-1). Este término representa el ruido propio generado por
el sistema referido a una temperatura T0. Para los sistemas ideales F=1.
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2.5.-Cifra de ruido de circuitos en cascada
Las definiciones dadas para un cuadripolo son válidas también para cuadripolos
en cascada.
A/GA/FA
B/GB/FB
AB/GAB/FAB
NAB=K*T0*∆f*FAB*GAB
Para la salida de A NA= K*T0*∆f*FA*GA el que pasa por B afectándolo por su ganancia
K*T0*∆f*FA*GA*GB al que se le suma el propio ruido de B el cual, expresado en función
de la cifra de ruido es (FB-1)*K*T0*∆f*GB por lo cual el ruido total a la salida del
sistema conformado por dos subsistemas es
NAB= K*T0*∆f*FAB*GAB = K*T0*∆f*FA*GA*GB + (FB-1)*K*T0*∆f*GB
( FB − 1) ( FC − 1)
( FB − 1)
+
+ ...
generalizando FAn = FA +
GA
G AG B
GA
lo que nos dice que la cifra de ruido fundamentalmente depende del ruido de la primera
etapa, siempre que la ganancia de ella tenga valores importantes (>10db).
Como es posible observar, en la medición de la F hay mediciones de ruido, por
lo cual es conveniente conocer las características de este fenómeno físico y en función
de su característica como se mide con diferentes instrumentos.
FAB = FA +
3.-MEDICIONES DE RUIDO CON EL ANALIZADOR DE ESPECTRO
En este momento resulta conveniente conocer como se mide ruido con el
analizador de espectro de modo que luego se pueda, con este instrumento, medir la cifra
de ruido. En este parágrafo se analizarán los errores sistemáticos. Los errores
producidos por la medición de ruido aleatorio en tiempo finito se verá más adelante.
El ruido que se mida tendrá un valor que estará relacionado con el ancho de
banda de FI del analizador de espectro, por lo cual toda medición de ruido deberá tener
la referencia del ancho de banda al que se refiere la medición.
Fs
M
FI
Det.
FOL
O
Pantalla
Gen,
Barr.
Como se recordará, el diagrama en bloques del analizador de espectro esta dado
por la Fig…… En general la FI toma la frecuencia diferencia entre la FOL Y FS, cayendo
la componente suma fuera del rango del instrumento. Esta FI es la que determina la
resolución del analizador de espectro y el ancho de banda para la medición del ruido y
su forma podrá verse sobre la pantalla para una única señal de entrada. Normalmente un
atenuador a la entrada define el rango dinámico. También es posible tener más de una FI
y filtros de video.
3.1Ruido
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Como se dijo anteriormente el ruido puede ser clasificado en Ruido impulsivo y
Ruido aleatorio.
3.2.-Ruido impulsivo
Tiene la propiedad de ser solo aleatorio en amplitud y ocurrencia pero no en
fase. Todas las componentes espectrales son coherentes entre si. Este ruido tiende la
forma de pulsos de ocurrencia y amplitud aleatorias. En este caso cuando el “ancho de
banda se duplica la amplitud se duplica” si consideramos que la fundamental y las
primeras armónicas tienen similar amplitud. Por esta razón, toda medición que se haga
debe referirse a un ancho de banda impulsivo del instrumento que en general es igual a
1,4 veces el ancho de banda de 3db de la FI que se este utilizando. Esto equivale a la
superficie de un filtro rectangular que tiene como amplitud la máxima de la FI y un
ancho de banda correspondiente al de 3db.
Las unidades de medición están dadas en forma lineal en V/Hz (o en alguna
subunidad de esta) ó en forma logarítmica en dbμV/MHz. El detector de tipo envolvente
utilizado por el analizador de espectro, es adecuado para este tipo de medición. El uso
de los filtros de videos no son conveniente pues destruya la lectura pico requerida.
Si bien la lectura puede hacerse en modo lineal, es más conveniente utilizar la
lectura en forma logarítmica, por permitirnos tener un rango dinámico mayor. En tal
caso, la medición en dbm debe convertirse en una lectura equivalente que sale del
siguiente análisis.
V2
P
V
600
R
P[dbm] = 10 log .
= 10 log .
= 20 log .
+ 10 log .
2
1mw
(0,775)
0,775
R
600Ω
V{dbu}
V [dbu ] = P[dbm] − 10 log .
V
V
600
0,775
= 20 log .
= 20 log .
− 20 log .
R
μV
0,775
1μV
V{dbμV}
V [dbμV ] = V [dbu ] + 117,78db = P[dbm] + 117,78 − 10 log .
en el caso del analizador de espectro donde R = 50 Ω
600
R
10log.600/50=10,79db
V [dbμV ] = P[dbm ] + 107 db
Dado que toda medición de ruido se refiere a un ancho de banda equivalente de
ruido, para normalizarlo a cualquier otro ancho de banda se debe usar un factor de
corrección:
[
S [dbμV / Bd ] = V [dbμVBi ] − B db( Bi )
]
siendo Bd: ancho de banda al que se desea referenciar
Bi: ancho de banda sobre el cual se realiza la medición
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S : intensidad espectral en el ancho de banda que se desea normalizar Bd
V : tensión medida en el analizador de espectro al ancho de banda Bi
B : factor de corrección
La demostración que permite justificar el uso de B es la siguiente. Si se duplica
el ancho de banda se aumenta al doble la tensión, en ese caso B debería valer 6 y como
se debe tener una relación de ancho de banda de 2 en forma logarítmica se expresa de la
siguiente manera.
6 = x.log 2
x ≈ 20 por lo tanto B = 20logBi/Bd
Si se desea normalizar a 1MHz una medición realizada con un ancho de banda
de 100 KHz, los pasos son los siguientes:
1. pasar el ancho de banda de ruido impulsivo equivalente Be a partir del
ancho de banda de 3db que indica el instrumento
Be = 1,4 Bi= 1,4 * 100 KHz = 140KHz
2. calcular el factor de corrección B
B = 20 log. 140KHz/1.000KHz = -17,1 db
Por lo tanto si se mide – 47 dbm sobre un ancho de 3db de 100KHz y se debe
normalizar la intensidad espectral en dbμV en un ancho de 1MHz:
1.
V [dbμV ]140 KHz = P[dbm ] + 107 db = −47 dbm + 107 db = 60db dbμV
2.
V [dbμB ]1MHz = 60dbμB140 KHz − (−17,1db) = 77,1dbμV1MHz
3.3.-Consideraciones sobre el ancho de banda ideal y el rango dinámico
En el analizador de espectro se puede observar que si se aumenta en 10 veces el
ancho de banda el ruido propio aumenta 10db; pero el ruido impulsivo aumenta 20db.
Esto permite deducir, que para medir ruido impulsivo conviene utilizar el mayor ancho
de banda posible para tener la mejor relación señal/ruido.
Es importante realizar algunas consideraciones sobre el rango dinámico y se
harán a continuación sobre un caso práctico.
Se dispone de un analizador de espectro con un ancho de banda de 110 MHz, en
100 KHz el ruido promedio del analizador de espectro es de -100db ó 7 dbμV. El valor
de potencia de sobrecarga máxima para el ancho de banda del instrumento es de
10db ó 97dbμV.
Si colocamos a la entrada la señal máxima permitida o sea 97dbμV en 110
MHZ, para el ancho de 100KHz se tendrá una potencia de ruido de:
dbμV140 KHz = 97dbμV110 MHz − 20 log .
110.000 KHz
= 97 − 57,9 = 39,1dbμV140 KHz
140 KHz
por lo cual, el rango dinámico es de: 39-7=32db
Es fácil determinar que si la potencia de 97 dbμV hubiera estado distribuida
sobre un ancho de banda mucho mayor, por ejemplo 4.600MHz, el factor de corrección
6
140 KHz
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sería de 90,3 db y la tensión a 140KHz será de 6,3 dbμV y no podría verse sobre la
pantalla del TRC.
3.4.-Medición de ruido aleatorio
El ruido aleatorio lo es tanto en fase como en amplitud. Para su caracterización
se requiere, como veremos más adelante, procesos de integración y promediación así
como la definición del valor r.m.s..
En este caso, al duplicar el ancho de banda lo que se duplica es la potencia y
como en el caso de ruido impulsivo, la medición debe referirse al ancho de banda en
que se realiza la medición. También se considera para el caso del analizador de espectro
un ancho de banda equivalente de ruido aleatorio que normalmente es de 1,2 del ancho
de banda de 3db.
En el caso de ruido aleatorio la medición implica un proceso de detección más
integración. El analizador de espectro tiene un detector de envolvente por lo que la
medición de ruido aleatorio tiene un resultado en defecto de 1,05db. Si la medición
además se realiza en el modo logarítmico, se produce un error en la medición debido a
la presencia de amplificadores logarítmicos que amplifican más los valores chicos que
los grandes. El total de estos dos errores es de 2,5db, los que deberán sumarse a toda
medición que se haga de ruido aleatorio en el modo logarítmico.
En esta medición puede usarse el filtro de video la cual mejora la estimación del
ruido, siempre que la relación entre este y el filtro de FI es de 1/100, de modo que las
propiedades del filtro de FI no actué sobre la promediación que realiza el filtro de video.
Dado que el ruido a medir y el ruido propio del instrumento varían en la misma
proporción si se aumenta o disminuye el ancho de banda por tener similares
características, es indistinto el ancho de banda que se emplea para mejorar la
sensibilidad o el rango dinámico.
El factor de corrección es ahora
B = 10 log .
Bi
Bd
Los pasos a seguir en una medición que indica -35dbm en un ancho de banda de
10KHz y que debe referirse a un ancho de banda de 1KHz, será:
1.- Sumar 2,5db dbm12KHz= -35+2,5 = -32,5dbm12KHz
12 Khz
2.- Calcular el factor de corrección B = 10 log .
= 40,8db
0,001KHz
3.- Calcular la señal al ancho de banda que se desea normalizar (1Hz)
dbm1Hz = 32,5dbm12 KHZ − 40,8db = −73,3dbm1Hz
3.5.-Rango dinámico
El ancho de banda no tiene importancia en la determinación del rango dinámico
pues ambos ruidos varían de igual forma con la modificación del ancho de banda.
Si se tiene un ruido de -10dbm sobre un ancho de banda de 120MHz, el ancho de
banda del analizador de espectro de 110MHz y la máxima potencia de entrada de 10dbm110MHz..
El rango dinámico del analizador de espectro si se emplea una FI = 10KHz (∆Beq
= 12KHz) se obtiene realizando los siguientes pasos:
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120.000 KHz
= 40db
12 KHz
= −10dbm120 MHz − 40db = −50dbm12 khz
B = 10 log .
1.-
dbm12 KHz
2.-Rango dinámico = -50dbm-(-110dbm) = 60db
si realizáramos el cálculo del rango dinámico para 10 Hz, seguiría siendo de 60db
3.6.-Medición de cifra de ruido con el Analizador de Espectro
De acuerdo a lo anteriormente visto la cifra de ruido de un amplificador se
define como:
F=
N
KT0 BG
Donde:
N
Potencia de ruido a la salida con la entrada cargada correctamente
K
Constante de Boltzman (1,38*10-23 joule/ºK)
T
Temperatura a la que se refiere el ruido (ºK)
B
Ancho de banda del amplificador
G
Ganancia del amplificador
Un amplificador que no contribuye con nada de ruido tendría un cifra de ruido
de uno, es decir, todo el ruido que aparece a la salida es debido al ruido presente en la
entrada. La cifra de ruido expresada en db esta dado por F(db) = 10 log. F, y
F (db) = 10 log. (N/KT0BG)
Analizando esta expresión podemos ver que no necesitamos medir la potencia de
ruido total de salida del amplificador. Podemos, en cambio, medir la potencia en algún
ancho de banda unitario y usar ese ancho de banda como el B de la ecuación, Esto evita
también la medición del ancho de banda real del amplificador.
Los términos que necesitan ser evaluados, entonces, son: salida de potencia de
ruido por ancho de banda unitario, ganancia del amplificador y temperatura. En la
práctica se toma una temperatura ambiente de 290ºK. Entonces:
N
N
= 10 log .
− 10 log .KT
KT0 BG
BG
N
F (db) = 10 log, − 10 log .G − 10 log .KT
B
F (db) = 10 log .
y
Como consideración práctica, la potencia de salida de ruido será pequeña y se
necesitará algo de preamplificación para mejorar la sensibilidad del analizador de
espectro. El efecto de agregar un amplificador será aumentar la ganancia del sistema, la
que debe incluirse en la ecuación. El efecto sobre la exactitud, que depende de la cifra
de ruido del preamplificador y de la ganancia del amplificador bajo prueba, será menos
significativa en la medida que la cifra de ruido tenga valor cercano a uno y la ganancia
lo mas grande posible.
La medición real será hecha en la escala lineal para ganar resolución, de manera
que el nivel de ruido se leerá en tensión. La ecuación para la figura de ruido del
amplificador se convierte en :
V2
F (db) = 10 log,
− 10 log .(Ga Gt ) − 10 log .KT
RB
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Donde:
V = Tensión de ruido leída en el analizador de espectro.
B = Ancho de banda de potencia de ruido del analizador de espectro
Ga = Ganancia del preamplificador
Gt = Ganancia del amplificador bajo prueba
Para una impedancia del sistema de 50Ω, una forma de filtro gaussiano y
temperatura ambiente de 290ºK (17ºC), la fórmula anterior queda de la siguiente forma:
F (db) = 20 log .V − 10 log .Bi − 10 log(Ga Gt ) + 187,27db
donde Bi es el ancho de banda de 3db de la FI donde se realiza la medición. El valor
187,27db de la fórmula anterior , resulta de la suma de cuatro términos: -10log. 50Ω; 10log.KT;-10log. 1,2(factor de corrección aproximado para pasar del ancho de banda de
potencia de ruido equivalente al ancho de banda de 3db); y +1,05 db(factor de
corrección del detector).
3.7.-Procedimiento de medición:
Se emplea un generador como dispositivo de sustitución para medir la ganancia
del preamplificador y del amplificador bajo prueba. La tensión total de ruido de salida
se mide en el analizador de espectro.
Como primer paso se construye el siguiente banco de medición:
Generador de
señales
Fig.
PA
A.
Analizador de
Espectro
Circuito de prueba para calibrar la ganancia de los amplificadores
El analizador de espectros se ajusta para mostrar en forma conveniente la salida
del generador de señales usando el modo lineal, o 2db por división. Se ajustan los
controles de nivel de referencia para fijar un nivel conveniente. El nivel de entrada al
analizador de espectro debe ser menor que 0 dbm, para que los errores debido a la
compresión de ganancia no resulten elevados.
Se retiran ambos amplificadores y se conecta el generador de señales
directamente a la entrada del analizador de espectro. Se aumenta la potencia de salida
del generador hasta obtener la referencia de salida establecida anteriormente. La
diferencia entre los dos ajustes del generador es Gt+Ga en db.
Se desconecta el generador de señales y se conecta el amplificador como se
muestra a continuación:
50Ω
A.
PA
Analizador de
Espectro
Fig. Circuito de prueba para la figura de ruido
Se mide la tensión de ruido sobre la escala lineal teniendo presente el ancho de
banda de FI del analizador de espectro. La Cifra de Ruido se calcula empleando la
siguiente expresión:
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V2
NF (db) = 10 log . − (Ga + Gt )db + 187,27db
Bi
4.-MEDICION DE CIFRA DE RUIDO CON GENERADORES DE RUIDO
Existen otros métodos para la medición de la cifra de ruido, uno de los más
usados para sistemas de comunicaciones y de amplificadores es la medición por medio
de generadores de ruidos. Este método resulta conveniente por una serie de razones
metodológicas, como veremos a continuación, pero también por razones económicas.
La medición de cifra de ruido con generadores de señales determinísticas , tiene
algunas desventajas: a)la señal y el ruido no son iguales en cuanto a sus características y
por lo tanto los instrumento utilizados para las mediciones no responde de igual manera
para una y otra señal, b)los atenuadores introducen ruido en el sistema y c)se requiere
conocer el ancho de banda equivalente de ruido.
Si se utiliza ruido como señal de prueba, las desventajas enunciadas
desaparecen. El siguiente diagrama muestra el esquema de medición que se propone:
Siendo el ruido equivalente a la temperatura T1 un valor dado por KT1∆f
Siendo el ruido equivalente a la temperatura T0 un valor dado por KT0∆f
Siendo el ruido propio del sistema dado por el valor (F-1)KT0∆f
Para la posición 1: N1 = (F-1)KT0∆f + KT0∆f
Para la posición 2: N2 = (F-1)KT0∆f + KT1∆f
Calculamos la relación entre las dos potencias de ruido y tenemos:
T1 − 1
T0
N 2 KT1Δf + KT0 ΔF ( F − 1)G T1 + ( F − 1)T0
=
=
⇒F=
N2
N1 KT0 Δf + KT0 Δf ( F − 1)G T0 + ( F − 1)T0
−1
N1
(T1/T0)-1:
N2/N1:
Proporción de exceso de ruido(TEX), es una indicación que nos da los
controles de generador de ruido y representa la proporción de ruido
mayor que entrega el generador en la posición 2 referenciada a una
temperatura T1>T0.
Factor Y es la relación de las potencias de ruido medidas a la salida del
sistema en cada una de las posiciones 1 y 2.
Por lo tanto:
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F=
TEX
Y −1
El banco de medición sería el siguiente
Generador
De
Ruido
Equipo bajo
prueba
Obtengo dato de TEX
Dete
ctor
Med
id.
Obtengo dato de Y
Normalmente la medición de N1 se realiza con el generador conectado al sistema
pero apagado, de forma de tener cargada la entrada del equipo en forma correcta. Luego
se mide N2 con el generador encendido entregando una señal de ruido equivalente a una
temperatura equivalente de ruido T1.
Las ventajas que nos proporciona este tipo de medición son las siguientes:
• Salvo una disminución en la resolución, la medición puede llegar a hacerse con
valores de ruido que saturen el sistema.
• Ni la pérdida de inserción del atenuador de salida, ni la cifra de ruido del
medidor afectan la medición.
• El instrumento puede ser calibrado en valores de F, si la atenuación tiene valores
prefijados.
Existen equipos comerciales aplicados a la medición de cifra de ruido usando como
señal el ruido. Tienen una amplia aplicación en comunicaciones por permitir obtener la
cifra de ruido en forma directa y con todos los beneficios del uso de ruido como señal
de prueba. Hay algunos equipos en los que el elemento generador de ruido esta
conformado por un kit intercambiable, manteniendo los sistemas de control y de
medición en un único instrumento. Esto abarata enormemente los costos y permite
abarcar un gran ancho de banda de medición.
Un diagrama en bloque de uno de estos equipos es el que se muestra a continuación:
Sistema
bajo
prueba
Amplifica
dor de
FI
Amplifica
dor de
AGC
Generador
de
Ruido
1er
Detector
Detector
Sincrónico
2do
Detector de
Disparo
Modulador
Generador
De
Disparo
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El principio de esta medición automática consiste en llevar el generador de ruido a
un estado de apagado y encendido, empleando para ello un modulador. A la salida de
nuestro sistema bajo prueba tendremos dos niveles de ruido. Estos representan la del
ruido interno con el generador de ruido apagado, pero cargando el sistema en un caso y
en el otro, un nivel de ruido mayor producto del ruido propio mas el entregado por el
generador de ruido al sistema y luego amplificado por este.
La función del Segundo Detector junto con el Amplificador con AGC es la de
llevar a la FI a una tensión de amplificación tal que la salida, con el generador de ruido
apagado sea constante e independiente del nivel de ruido propio del equipo bajo prueba.
La salida del Primer Detector provee dos niveles de tensión V1 V2 proporcionales a
los dos estados del generador de ruido y en sincronismo con estos estados.
Estas dos señales serán proporcionales a:
El ruido con el generador de ruido apagado
V1 = X*N1
El ruido con el generador de ruido encendido
V2 = X*N2
Siendo X una constante de proporcionalidad
El Detector Sincrónico mide la tensión pico a pico
Vm =V 2−V1 = X ( N 2 − N1 ) = XN1 (
N2
TEX
− 1) = XN
N1
F
Si TEX es conocido por ser una calibración en el instrumento y N1 constante por el
AGC, la tensión medida es inversamente proporcional a F, lo que nos beneficia por
tener los valores más chicos de F en el fondo de escala del instrumento. Si el
instrumento responde a una ley cuadrática el beneficio es mayor porque en esa zona la
escala se amplifica
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