Este tipo de ruido se produce en dispositivos con tubos de vacío y
con semiconductores. En los tubos de vacío este tipo de ruido se debe
a la emisión aleatoria de electrones del cátodo. En los dispositivos
semiconductores es causado por la difusión aleatoria de los portadores
minoritarios, generación y recombinación aleatoria de los pares electrón-hueco.
Sea el ejemplo de la figura, donde el ruido de disparo va a estar dado por
la emisión electrónica del cátodo caliente en un diodo. A una temperatura
dada, el número promedio de electrones emitidos por segundo es constante;
sin embargo el proceso de la emisión electrónica es aleatorio. Esto significa
que a distintos intervalos de tiempo pequeños, el número de electrones emitidos
no será el mismo, sino que estará dado en forma aleatoria.
Sin embargo, en promedio, la emisión electrónica es constante si se consideran
grandes períodos de tiempo. Por lo tanto, la corriente formada por los
electrones emitidos no es constante sino que fluctúa alrededor de un
valor medio.
La corriente total i(t) puede considerarse compuesta de una corriente constante
Io y una corriente de ruido in(t) con un valor medio de cero. i(t) = Io
+ in(t) Espectro de densidad de potencia del ruido de disparo.
Como la componente in(t) de la corriente total es de naturaleza aleatoria,
no puede especificarse en función del tiempo; sin embargo, esta representa
una señal aleatoria estacionaria y se especifica por medio de su espectro
de densidad de potencia. Puesto que existen ñ pulsos por segundo, se puede
esperar que el espectro de densidad de potencia de in(t) sea ñ veces mayor
que el espectro de densidad de energía de ie(t). Entonces si:
Entonces Si(?), el espectro de densidad de potencia de in(t), está dado
por
Ie() es la transformada de Fourier de ie(t) y se puede encontrar como sigue:
donde q es la carga del electrón y ?a el tiempo de tránsito ( el tiempo
que tarda el electrón en alcanzar la placa).
Aplicando la transformada tengo:
Substituyendo esta en la primer ecuación, tengo que:
El espectro de densidad de la potencia promedio se puede representar como
función de omega (?), pero observando esta última ecuación es mucho más
fácil representarla como función de
El espectro de densidad de potencia del ruido de disparo se puede considerar
como constante para frecuencia inferiores a 100 MHz. Es decir para estas
frecuencias:
Este espectro de densidad de potencia se ve afectado además
por la densidad de carga espacial si la tensión aplicada entre el cátodo
y el ánodo es más baja a la utilizada. En este tipo de operación el nivel
de ruido será menor y el espectro de densidad de potencia va a estar dado
por:
Donde ? es una constante definida por la constante de Boltzman, la temperatura
del cátodo y la transconductancia del tubo.
En general, para los cálculos se suele representar un diodo ideal sin
emisión de ruido en paralelo con una fuente de corriente de ruido in(t).
La siguiente figura muestra esta configuración:
En los tubos triodos, pentatodos y otros multielectrodos, los mecanismos
de producción del ruido de disparo son en esencial similares a los que se
presentan en un diodo limitado de carga espacial. En estos el espectro de
densidad de potencia estará dado por:
donde k = constante de Boltzman,
Tc = temperatura del cátodo en grados Kelvin,
T = temperatura ambiente en grados Kelvin,
gm = transconductancia dinámica.
En este tipo de componentes además existirá una componente de ruido en la
tensión de entrada.
Ruido térmico
Este tipo de ruido se debe al movimiento aleatorio de los electrones libres
en medios conductores tales como resistores. Debido a su energía térmica,
cada electrón libre dentro de un resistor está en movimiento; la trayectoria
del movimiento de un electrón es aleatoria debido a sus colisiones. El movimiento
de todos los electrones establece la corriente eléctrica por el resistor.
La dirección del flujo de corriente es aleatoria y su valor medio es cero.
Se puede demostrar que su espectro de densidad de potencia está dada por:
donde k es la constante de Boltzman, T la temperatura ambiente, G es la
conductancia del resistor (en mhos) y ? es el número promedio de colisiones
por segundo de un electrón.
El orden de magnitud de ? es de 1014 número de colisiones por segundo ,
por lo que el espectro será esencialmente plano a frecuencias muy altas.
Este se puede considerar plano hasta frecuencias en el rango de 1013 Hz.
Por lo tanto, la contribución de ruido térmico de cualquier circuito
está limitada al ancho de banda del mismo, así que generalmente se considera
que el ruido térmico tiene un espectro de densidad de potencia constante,
es decir que contiene componentes de todas las frecuencias. A este tipo
de ruido, por su particularidad se lo llama RUIDO BLANCO.
Por lo tanto, una resistencia R se puede representar por una conductancia
G (1/R) no ruidosa en paralelo con una fuente de corriente de ruido (in)
con un espectro de densidad de potencia 2kTG, como se ilustra en la figura.
Esta también puede representarse con un equivalente de Thévenin, donde:
