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Ruido térmico
Ruido térmico
Definición
El ruido térmico, también conocido como ruido de Johnson-Nyquist, es el ruido eléctrico causado por el movimiento térmico aleatorio de los portadores de carga en un conductor o resistencia. Se produce independientemente de fuentes de tensión externas y es una propiedad fundamental de todos los componentes eléctricos a temperaturas superiores al cero absoluto.
Origen
El movimiento térmico constante de los electrones provoca pequeñas fluctuaciones de tensión que pueden medirse como señal de ruido. A mayor temperatura, el ruido es más intenso.
Descripción matemática
La tensión de ruido efectiva VRMS a través de una resistencia R se describe mediante la siguiente fórmula:
VRMS=√(4kB T R Δf)
- kB: Constante de Boltzmann (1,38 × 10-23 J/K)
- T: Temperatura (Kelvin)
- R: Resistencia (Ohm)
- Δf: Ancho de banda de frecuencia (Hertz)
Propiedades
- Banda ancha: Distribuida en un amplio espectro de frecuencias (ruido blanco).
- Dependiente de la temperatura: El aumento de la temperatura incrementa el ruido.
- Inevitable: Forma parte de la característica básica de los sistemas electrónicos.
Importancia técnica
El ruido térmico establece un límite fundamental para la sensibilidad de los amplificadores:
- Amplificadores
- Sensores
- Receptores de radio
- Dispositivos médicos (por ejemplo, EEG, ECG)
Diferenciación de otros tipos de ruido
- Ruido de disparo: Surge de transportes discretos de carga.
- ruido 1/f: Aumenta a bajas frecuencias.
- Ruido de cuantificación: Se produce al digitalizar señales analógicas.
Resumen
El ruido térmico es una forma inevitable de ruido eléctrico que depende de la temperatura y determina los límites de rendimiento de los sistemas electrónicos.