RUIDO CORRELACIONADO, MEZCLADO LINEAL Y NO LINEAL, FRECUENCIA ÚNICA Y MÚLTIPLE

RUIDO CORRELACIONADO, MEZCLADO LINEAL Y NO LINEAL, FRECUENCIA ÚNICA Y MÚLTIPLE

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Ingeniería de Telecomunicaciones

Resumen – El ruido es un fenómeno universal que tiene una multiplicidad de orígenes desde fuentes acústicas (maquinas, parlantes) hasta fuentes eléctricas (líneas de potencia, motores). También puede ser un origen óptico, térmico, magnético, etc. Sea cual sea este último, el término ruido se aplica, en general, para referirse a cualquier cosa indeseable que opaca una señal legitima y que no está directamente relacionada con ella (en cuyo caso se trataría de una distorsión). De hecho, el ruido puede ser, por sí mismo, otra señal, como las distintas formas de interferencia que se producen en los circuitos electrónicos.

INTRODUCCIÓN

El principal objetivo en las telecomunicaciones es la trasmisión de señales portadoras de información, pero generalmente estas últimas se ven afectadas por distintos fenómenos que distorsionan la información. Uno de estos problemas es el ruido, que es una señal no aceptada que cae en el ancho de banda de la información de trabajo, alterándola y dañando el mensaje transmitido.

El ruido se origina predominantemente en el interior del propio enlace de comunicaciones y usualmente es de naturaleza totalmente aleatoria, lo que hace que sea muy difícil de tratar.

Existe una diversidad de mecanismos por los que se genera el ruido, siendo las formas más comunes: El ruido térmico, el ruido de granalla, el ruido de paralelo y el ruido atmosférico.

Idealmente, un elemento debe recibir la energía eléctrica de una fuente de CA que entrega un voltaje de salida senoidal de

frecuencia apropiada y a su valor nominal sin alteraciones o deformación. Prácticamente, la energía eléctrica típicamente encontrada en los sistemas de distribución de potencia de bajo voltaje (abajo de 600 V) de edificios industriales y comerciales tiene probabilidades amplias de contener algunas de las siguientes características:

Variaciones suaves de Voltaje

Fluctuaciones repentinas de Voltaje

Interrupciones Momentáneas

• Interrupciones Sostenidas

• Desviaciones de Frecuencia

• Desbalanceo de Fases

• Distorsión Armónica

• Señales de alta o baja Frecuencia inyectadas

• Ruido Eléctrico.

De lo mencionado anteriormente, el ruido eléctrico es el problema extendido de manera amplia y se divide principalmente en dos categorías, Correlacionado y No Correlacionado, en este trabajo estudiaremos el ruido Correlacionado, Mezclado lineal y no lineal, y la frecuencia única y múltiple.

I. DESARROLLO

El ruido correlacionado es aquel que se relaciona mutuamente (se correlaciona) con la señal, y no puede estar en un circuito a menos que haya una señal de entrada. Dicho en términos sencillos: ¡No hay señal, no hay ruido!. El ruido correlacionado se produce por amplificación no lineal e incluye la distorsión armónica y de intermodulación, ya que las dos son forma de distorsión no lineal. Todos los amplificadores son no lineales por consiguiente, toda amplificación de señal produce distorsión no lineal. Esta distorsión también se produce cuando pasan las señales a través de dispositivos no lineales, como son los diodos. El ruido correlacionado es una forma de ruido interno.

Distorsión armónica

Es definida como la generación de armónicos de una señal que son producidos por una mezcla no lineal. Estos armónicos son sobre tonos u otras señales no deseadas que se suman a la señal de entrada, estos son múltiplos enteros de la señal original, la cual es conocida como primer armónico y se conoce como frecuencia original.

Existen varios grados de distorsión armónica, (de segundo orden, tercer orden, cuarto orden, etc.) los cuales están definidos como la relación de la amplitud en voltaje rms del respectivo armónico entre la frecuencia fundamental. La distorsión armónica total es la combinación de los armónicos superiores dividida entre la amplitud rms de la frecuencia fundamental.

Este tipo de distorsión trae como consecuencia la alteración de la señal, en algunos casos puede afectar considerablemente la información. Una de las soluciones más comunes para corregir este tipo de problemas es la implementación de filtros que permitan seleccionar la señal original y atenúa las señales no deseadas.

La fórmula matemática de la distorsión armónica conocida como distorsión armónica total (THD, de total harmonic distortion) es:

%THD= V superior

________________ x 100

V fundamental

Donde:

THD= distorsión armónica porcentual total

V superior= suma cuadrática de los voltajes más d las armónicas superiores de la frecuencia fundamental √2/2+v2/3+v2/n

V fundamental= voltaje rms de la frecuencia fundamental

Distorsión por intermodulación

Esta distorsión se produce en los elementos a lineales cuando en él se encuentra señales de distinta frecuencia. Recordemos, por ejemplo, lo que ocurre con la información de sonido en el diodo detector de video de un receptor de televisión. La información de video y sonido se baten a causa de la alinealidad del diodo y, como resultado, la in terportadora de sonido queda en 4,5MHz.Este mismo concepto puede aplicarse en amplificadores de audio, debido a la alinealidad de los transistores. Cuando se hallan presentes simultáneamente señales de distinta frecuencia se escuchan interferencias como si se modularan entre sí sonidos de distinta altura(figura 24).Como la alinealidad de los circuitos es más notable para grandes elongaciones de amplitud, la distorsión por intermodulación crece con la potencia (figura25). Para evitar la distorsión por intermodulación, los circuitos que componen un sistema de audio deben ser lineales; además, la fuente de alimentación debe estar bien regulada, ya que cuanto más pobre sea la regulación, mayor será el índice de distorsión

La definición matemática es:

Productos cruzados = mf1 + o – nf2

Mezclado lineal y no lineal

Mezclado

El mesclado es el proceso de combinar dos o más señales, y es un proceso esencial en comunicaciones. En esencia hay dos formas en las que se puede combinar o mezclar señales, lineal y no lineal.

Mezclado lineal

Las sumas lineales ocurren cuando dos o más señales se combinan en un dispositivo lineal, tal como una red pasiva o un amplificador de señal pequeña. Las señales se fusionan de tal manera que no producen nuevas frecuencias y la forma de onda combinada es simplemente la suma lineal de las señales individuales. En la industria de las grabaciones de audio, la suma lineal a veces se llama mezclado lineal; de este modo en las comunicaciones de radio, mezclado casi siempre implica un proceso no lineal.

En los sistemas de audio de alta fidelidad, es importante que el espectro de salida contenga solo las frecuencias de entrada originales de entrada; por lo tanto, la operación lineal es deseada. De esta manera, las radio comunicaciones e donde la modulación es esencial, el mezclado no lineal es continuamente necesario.

En el siguiente figura se muestra el diagrama de un circuito de mezclado lineal, en donde estamos sumando una frecuencia de 1 Khz con otra de 7 Khz y mas adelante se ve la forma de onda vista con el osciloscopio:

Mezclado no lineal

El mezclado no lineal ocurre cuando dos o mas señales se combinan en un dispositivo no lineal tal como un diodo o amplificador de señal grande. Con el mezclado no lineal, las señales de entrada se combinan de una manera no lineal y producen componentes de frecuencias adicionales. La amplificación no lineal de una frecuencia simple resulta en la generación de múltiplos o armónicas de esta frecuencia. Si las armónicas no son deseadas, se les llama multiplicación de frecuencia.

Los productos cruzados son las sumas y diferencias de frecuencias; son las sumas y diferencias de dos frecuencias originales, las sumas y diferencias de sus armónicas, y las sumas y diferencias de las frecuencias originales y todas sus acrónicas. Un número infinito de frecuencias armónicas y productos cruzados son producidos cuando dos o más frecuencias se mezclan en un dispositivo no lineal. Si los productos cruzados no son deseados, se les llaman distorsión de intermodulación. Si los productos cruzados son deseados, se les llama modulación.

La distorsión de intermodulación es la generación de cualquier frecuencia de producto cruzado no deseada cuando dos o más frecuencias están mezcladas en un dispositivo no lineal. Consecuentemente, siempre que dos o más frecuencias son amplificadas en un dispositivo no lineal, las distorsiones armónicas y de intermodulación están presentes en la salida.

En la siguiente figura tenemos un diagrama de un circuito de mezclado no lineal, y enseguida la forma de onda vista por el osciloscopio tomada del circuito pasando el diodo:

Frecuencia única y múltiple

Frecuencia única

La Red de Frecuencia Única (SFN o Single Frequency Network) es un tipo de radiodifusión donde distintos transmisores emiten la misma señal en el mismo canal de frecuencia.

Análogamente con los sistemas de

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