Elettronica pratica/Rumore nei circuiti elettronici

Rumore Elettrico

ogni forma indesiderata di energia che tenda ad interferire con la ricezione propria ed accurata e riproduzione di segnali voluti.

Classificazione

basata su

1. rumore esterno
   1. atmosferico
   2. extraterrestre
      1. solare
      2. cosmico
   3. industriale
2. rumore interno
   1. agitazione termica
   2. rumore granulare
   3. rumore del tempo di transito
   4. rumore di sfarfallio
   5. sorgenti eterogenee

Rumore termico

Rumore termico: pure noto come "rumore di Johnson" o "rumore bianco".

$P_{n}\propto \ T\;\delta \!f=k\,T\;\delta \!f$

dove k = costante di Boltzmann's = 1.38x10^-23J/K

T = temperatura assoluta, K = 273 + °C

δ f = larghezza di banda d'interesse

P_n = uscita massima di potenza di rumore di un resistore

$P_{n}={\frac {V^{2}}{R_{L}}}={\frac {\left({\frac {V_{n}}{2}}\right)^{2}}{R}}={\frac {V_{n}^{2}}{4R}}$
$V_{n}^{2}=4RP_{n}=4RkT\;\delta \!f$
$V_{n}={\sqrt {4kT\;\delta \!f\;R}}$

Rumore granulare

$i_{n}={\sqrt {2ei_{p}\;\delta \!f}}$

dove i_n = corrente effettiva del rumore granulare

e = carica di un elettrone = 1.6x10^-19C

i_p = corrente continua

δ f = larghezza di banda del sistema.

Calcolo del rumore

Somma di rumori di sorgenti diverse

tensioni di rumore:

$V_{n,1}={\sqrt {4kT\,\delta \!f\,R_{1}}}$, $V_{n,2}={\sqrt {4kT\,\delta \!f\,R_{2}}}$...e così di seguito, allora

$V_{n,tot}={\sqrt {{V_{n,1}^{2}}+{V_{n,2}^{2}}+...}}={\sqrt {4kT\,\delta \!f\,R_{tot}}}$

dove R_tot = R₁+R₂+...

Somma di rumori di amplificatri in cascata

R_eq = R₁+R'₂
$R_{eq}=R_{1}+{\frac {R_{2}}{A_{1}^{2}}}+{\frac {R_{3}}{{A_{1}^{2}}{A_{2}^{2}}}}$

Metodi di ruduzione dei rumori

Trasmissione / ricezione con segnali differenziali ( detti anche bilanciati )

Una trasmissione ricezione in tecnica bilanciata è un metodo per trasmettere delle informazioni elettricamente tramite due segnali complementari inviati via due cavi separati. Questa tecnica può venire usata sia per segnali analogiche, come ad esempio per i sistemi audio, che per segnali digitali, come in RS-422, RS-485, PCI Express e USB, AES-EBU, Ethernet. Il vantaggio principale consiste nel fatto che una linea bilanciata è fortemente immune ai disturbi elettromagnetici e permette pertanto la trasmissione di segnali anche di basso livello a distanze notevoli. L'apparato trasmettitore divide il segnale in due segnali identici ma in opposizione di fase ( controfase ) e li trasmette con due conduttori separati. L'apparato ricevitore, dotato di ingresso "differenziale" è pertanto sensibile solamente alla differenza tra i due segnali e ignora quasi del tutto i segnali senza alcuna differenza fra di loro, ovvero i disturbi elettromagnetici perturbanti i conduttori. La capacità del ricevitore di ignorare i disturbi è detta " rapporto di reiezione in modo comune " ( CMRR Common Mode Rejection Ratio ) Tutte le connessioni Ethernet utilizzano questo metodo.

Messa a terra efficace

Una messa a terra dei segnali efficace mantiene zero tensione a dispetto di quanta corrente scorra dentro alla terra o fuori.