O que há com todo esse barulho?

As pessoas costumam falar sobre ruído em circuitos. Os amplificadores operacionais baratos são barulhentos , o acionamento de um motor pode gerar ruído na fonte, e muitos circuitos analógicos lidam com a relação sinal- ruído (ou seja, tentando manter o nível de ruído baixo).

Minha intuição é que o ruído é a presença de sinais em frequências nas quais não estamos interessados. (Isso pode ou não estar certo.) No entanto, não sei de onde vem esse ruído.

Como o ruído elétrico aparece? O que gera isso? Como faço para me livrar dele?

A presença de energia em frequências nas quais você não está interessado pode ser facilmente filtrada. A presença de energia nas frequências em que você está interessado é o problema, pois isso não pode ser filtrado.

Existem várias fontes principais de ruído . Porém, depende do contexto em que você está falando - coisas como interferência ou conversa cruzada podem ser consideradas ruído no contexto da, por exemplo, a relação sinal / ruído, mas quando você constrói um 'amplificador de baixo ruído' , isso se refere a fontes intrínsecas de ruído.

Uma fonte de ruído inevitável é o ruído térmico . Qualquer objeto que não esteja no zero absoluto se comporta como um corpo negro e irradia radiação eletromagnética. Esse é um problema para as comunicações de RF de longo alcance, porque a radiação do corpo negro do solo, dos edifícios etc. aparecerá na faixa de interesse e colocará um "piso" no nível do sinal que você pode receber. Esse ruído é mais ou menos plano até cerca de 80 GHz, portanto a potência do ruído é simplesmente proporcional à largura de banda e temperatura. O ruído térmico na eletrônica é chamado de ruído Johnson. O ruído Johnson é gerado por elétrons (ou outros transportadores de carga) que se movimentam devido a não estarem em zero absoluto. Isso pode ser modelado como uma fonte de tensão em série ou uma fonte de corrente em paralelo com cada resistor em um circuito. O ruído Johnson é proporcional à largura de banda, temperatura e resistência.

O ruído do tiro é um tipo muito diferente de ruído que ocorre quando as cargas se movem através de um espaço (tubo de vácuo) ou através de uma junção semicondutora (diodo, BJT). Como as operadoras de cobrança são discretas (você pode contá-las), a cobrança deve ser medida nessas unidades quantizadas. Quando uma corrente flui, um número inteiro de portadores de carga se moverá, chegando a intervalos aleatórios. Para correntes grandes, a flutuação é tão pequena que é basicamente indetectável. No entanto, para correntes muito pequenas, a corrente fluirá em uma série de 'pulsos', um para cada elétron. Como resultado, o ruído do disparo se torna um grande problema com baixos níveis de sinal. O ruído do tiro é branco; o que significa que é independente da frequência e a potência geral do ruído é proporcional à largura de banda.

O ruído de cintilação , ou 1 / f , é outro tipo de ruído diferente. Isso ocorre em dispositivos eletrônicos, além do ruído Johnson e do tiro. O ruído de cintilação é chamado de ruído de 1 / f porque a potência do ruído é proporcional ao inverso da frequência - é alta em baixas frequências e baixa em altas frequências. Geralmente, o ruído de oscilação depende do nível de CC.

Outras fontes de ruído são um pouco menos comuns, como o ruído de avalanche . O ruído da avalanche é causado pela quebra da avalanche. Durante o colapso das avalanches, os elétrons fluidos liberam mais elétrons e criam uma corrente crescente exponencialmente. Dispositivos como os fotodetectores de avalanches usam esse efeito para detectar um pequeno número de fótons, pressionando o dispositivo apenas na extremidade do colapso da avalanche, para que um pequeno número de fótons que atinjam o detector libere elétrons suficientes para desencadear o colapso. O fluxo atual durante a avaria da avalanche é muito barulhento. De fato, é tão barulhento que os diodos de avalanche são usados ​​como fontes de ruído de RF para testar vários componentes de RF.

Crosstalk, interferência e intermodulação também são fontes de sinais indesejados, mas tecnicamente não são ruídos. Interferência e interferência são sinais indesejados provenientes de fontes externas. A intermodulação provém de não linearidades e faz com que os canais adjacentes no mesmo meio sejam sobrepostos uns sobre os outros. Este é um grande problema ao tentar transmitir um grande número de canais em paralelo, pois eles se misturam. Geralmente este é 2 Fa - Fb. Por exemplo, se eu transmitir dois canais com espaçamento de 1 kHz em 1 MHz, estou transmitindo 1.000 MHz e 1.001 MHz. IMD significa que eu receberei um pouco de energia em 2 * 1.000 - 1.001 = 0.999 MHz e 2 * 1.001 - 1.000 = 1.002 MHz, o que interferiria com os canais adjacentes no mesmo espaçamento.