In electronica, zgomotul este o perturbare nedorita a unui semnal electric. Zgomotul generat de dispozitivele electronice variaza foarte mult, deoarece este produs de mai multe efecte diferite.

In sistemele de comunicatii, zgomotul este o eroare sau o perturbare aleatorie nedorita a unui semnal de informatie util. Zgomotul este o insumare a energiei nedorite sau deranjante din surse naturale si uneori provocate de om. Cu toate acestea, zgomotul se distinge de obicei de interferenta, ca de exemplu in raportul semnal-zgomot (SNR), raportul semnal-interferenta (SIR) si semnal-zgomot plus raportul de interferenta (SNIR).

De asemenea, zgomotul se distinge de obicei de distorsiune, care este o alterare sistematica nedorita a formei de unda a semnalului de catre echipamentul de comunicatii, de exemplu in raportul semnal-zgomot si distorsiune (SINAD) si masurile de distorsiune armonica totala plus zgomot (THD + N).

In timp ce zgomotul este, in general, nedorit, acesta poate servi unui scop util in unele aplicatii, cum ar fi generarea aleatorie de numere.

Tipuri de zgomot

Diferite tipuri de zgomot sunt generate de diferite dispozitive si procese diferite. Zgomotul termic este inevitabil la o temperatura diferita de zero (vezi teorema fluctuatiei-disiparii), in timp ce alte tipuri depind in mare parte de tipul dispozitivului (cum ar fi zgomotul de tragere, care are nevoie de o bariera de potential abrupta) sau de calitatea fabricatiei si defectele semiconductorilor , cum ar fi fluctuatiile de conductanta, inclusiv zgomotul 1 / f.

Zgomot termic

Zgomotul Johnson – Nyquist (numit mai des zgomotul termic) este inevitabil si generat de miscarea termica aleatorie a purtatorilor de sarcina (de obicei electroni), in interiorul unui conductor electric, care se intampla indiferent de orice tensiune aplicata.

Zgomotul termic este aproximativ alb, ceea ce inseamna ca densitatea sa spectrala de putere este aproape egala pe tot spectrul de frecvente. Amplitudinea semnalului are aproape o functie de densitate a probabilitatii gaussiene. Un sistem de comunicatii afectat de zgomotul termic este adesea modelat ca un canal aditiv de zgomot alb Gaussian (AWGN).

Zgomot de tragere

Zgomotul de tragere in dispozitivele electronice rezulta din fluctuatiile statistice aleatorii inevitabile ale curentului electric atunci cand purtatorii de incarcare (cum ar fi electronii) traverseaza un decalaj. Daca electronii curg peste o bariera, atunci au timp de sosire discret. Acele sosiri discrete prezinta zgomot de tragere. De obicei, se utilizeaza bariera dintr-o dioda. Acest tip de zgomot este similar cu zgomotul creat de ploaia care cade pe un acoperis de tabla.

Debitul de ploaie poate fi relativ constant, dar picaturile individuale ajung discret. Valoarea radacina-medie-patrat a curentului de zgomot este data de formula Schottky.

Tuburile de vid prezinta zgomot de tragere, deoarece electronii parasesc aleatoriu catodul si ajung la anod (placa). Este posibil ca un tub sa nu prezinte efectul complet de zgomot al fotografierii: prezenta unei incarcari spatiale tinde sa netezeasca timpul de sosire (si astfel sa reduca factorul aleatoriu al curentului). Pentodele si tetrodele cu retea de ecran prezinta mai mult zgomot decat triodele, deoarece curentul catodului se imparte aleatoriu intre reteaua de ecran si anod.

Conductorii si rezistentele nu prezinta de obicei zgomot de tragere, deoarece electronii se termizeaza si se misca difuz in interiorul materialului; electronii nu au timp de sosire discret. Zgomotul de tragere a fost demonstrat la rezistentele mezoscopice atunci cand dimensiunea elementului rezistiv devine mai mica decat lungimea de dispersie electron-fonon.

Zgomot vibrant

Zgomotul vibrant, cunoscut si sub numele de zgomot 1 / f, este un semnal sau proces cu un spectru de frecventa care cade constant in frecventele superioare. Apare in aproape toate dispozitivele electronice si rezulta dintr-o varietate de efecte.

Zgomot de explozie

Zgomotul de explozie consta in tranzitii bruste intre pasi intre doua sau mai multe niveluri discrete de tensiune sau curent, de pana la cateva sute de microvolti, la intervale aleatorii si imprevizibile. Fiecare schimbare a tensiunii sau curentului offset dureaza de la cateva milisecunde pana la cateva secunde. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de “zgomot de popcorn”, pentru sunetele de tip popping sau crackling pe care le produce in circuitele audio.

Zgomot in timp de tranzit

Daca timpul luat de electroni pentru a calatori de la emitator la colector intr-un tranzistor devine comparabil cu perioada de amplificare a semnalului, adica la frecvente peste VHF si dincolo, are loc efectul timpului de tranzit si impedanta de intrare a zgomotului tranzistorului scade. De la frecventa la care acest efect devine semnificativ, zgomotul creste odata cu frecventa si domina rapid alte surse de zgomot.

Zgomot cuplat

In timp ce zgomotul poate fi generat in circuitul electronic in sine, energia suplimentara a zgomotului poate fi cuplata intr-un circuit din mediul extern, prin cuplare inductiva sau cuplare capacitiva sau prin antena unui receptor radio.

Surse

• Zgomot de intermodulare – este produs atunci cand semnalele cu frecvente diferite au acelasi mediu neliniar.
• Crosstalk – Fenomen in care un semnal transmis intr-un circuit sau canal al unui sistem de transmisie creeaza interferente nedorite asupra unui semnal din alt canal.
• Interferenta – Modificarea sau intreruperea unui semnal care circula de-a lungul unui mediu
• Zgomot atmosferic – Numit si zgomot static, este cauzat de descarcari de trasnet in furtuni si alte perturbari electrice care apar in natura.
• Zgomot industrial – Surse precum automobile, avioane, motoare electrice cu aprindere si echipamente de comutare, fire de inalta tensiune si lampi fluorescente provoaca zgomot industrial. Aceste zgomote sunt produse de descarcarea prezenta in toate aceste operatii.
• Zgomot solar – Zgomotul care provine de la Soare se numeste zgomot solar. In conditii normale, exista radiatii aproximativ constante de la Soare datorita temperaturii sale ridicate, dar furtunile solare pot provoca o varietate de perturbatii electrice. Intensitatea zgomotului solar variaza in timp, intr-un ciclu solar.
• Zgomot cosmic – Stelele indepartate genereaza zgomot numit zgomot cosmic. In timp ce aceste stele sunt prea departe pentru a afecta individual sistemele de comunicatii terestre, numarul lor mare duce la efecte colective apreciabile. Zgomotul cosmic a fost observat intr-un interval de la 8 MHz la 1,43 GHz. In afara de zgomotul provocat de om, este cea mai puternica componenta in intervalul de aproximativ 20 pana la 120 MHz. Zgomotul cosmic sub 20 MHz patrunde in ionosfera, in timp ce disparitia sa eventuala la frecvente mai mari de 1,5 GHz este probabil guvernata de mecanismele care o genereaza si de absorbtia sa in spatiul interstelar.
• Atenuare – In multe cazuri, zgomotul gasit pe un semnal intr-un circuit este nedorit. Exista multe tehnici diferite de reducere a zgomotului care pot reduce zgomotul captat de un circuit.
• Cusca Faraday – O cusca Faraday care cuprinde un circuit poate fi utilizata pentru a izola circuitul de surse de zgomot externe. O cusca Faraday nu poate aborda sursele de zgomot care provin din circuitul insusi sau pe cele transportate pe intrarile sale, inclusiv sursa de alimentare.
• Cuplare capacitiva – Cuplarea capacitiva permite ca un semnal de curent alternativ dintr-o parte a circuitului sa fie preluat intr-o alta parte prin interactiunea campurilor electrice. In cazul in care cuplarea este neintentionata, efectele pot fi abordate printr-un aspect imbunatatit al circuitului si impamantare.
• Bucle de impamantare – Cand legati la pamant un circuit, este important sa evitati buclele de impamantare. Buclele de masa apar atunci cand exista o diferenta de tensiune intre doua conexiuni de masa. O modalitate buna de a remedia acest lucru este de a aduce toate firele de masa la acelasi potential.
• Cabluri ecranate – Un cablu ecranat poate fi considerat o cusca Faraday pentru cabluri si poate proteja firele de zgomotul nedorit intr-un circuit sensibil. Scutul trebuie sa fie impamantat pentru a fi eficient. Impamantarea scutului la un singur capat poate evita o bucla de impamantare pe scut.
• Cablare in pereche prin rasucire – Rasucirea firelor intr-un circuit va reduce zgomotul electromagnetic. Rasucirea firelor scade dimensiunea buclei in care se poate produce un camp magnetic pentru a produce un curent intre fire. Buclele mici pot exista intre fire rasucite impreuna, dar campul magnetic care trece prin aceste bucle induce un curent care curge in directii opuse in bucle alternative pe fiecare fir si astfel zgomotul se reduce semnificativ.
• Filtre Notch – Filtrele Notch sau filtrele de respingere a benzii sunt utile pentru eliminarea unei frecvente specifice de zgomot. De exemplu, liniile electrice dintr-o cladire ruleaza la o frecventa de 50 sau 60 Hz. Un circuit sensibil va prelua aceasta frecventa ca zgomot. Un filtru reglat la frecventa liniei poate elimina zgomotul.

Cuantificare

Nivelul de zgomot intr-un sistem electronic este de obicei masurat ca o putere electrica N in wati sau dBm, o tensiune patrata medie radacina (RMS) (identica cu abaterea standard de zgomot) in volti, dBμV sau o eroare medie patrata (MSE) in volti patrat. Exemple de unitati electrice de masurare a nivelului de zgomot sunt dBu, dBm0, dBrn, dBrnC si dBrn (f1 – f2), dBrn (144-linie). Zgomotul poate fi, de asemenea, caracterizat prin distributia sa de probabilitate si densitatea spectrala a zgomotului N0 (f) in wati pe hertz.

Un semnal de zgomot este de obicei considerat ca o adaugare liniara la un semnal de informatie util. Masurile tipice de calitate a semnalului care implica zgomot sunt raportul semnal-zgomot (SNR sau S / N), raportul zgomot semnal-cuantizare (SQNR) in conversie si compresie analog-digital, raportul de varf semnal-zgomot (PSNR) ) in codarea imaginii si a videoclipului si cifra de zgomot in amplificatoarele in cascada. Intr-un sistem de comunicatii analogice cu banda de trecere modulata de purtator, un anumit raport purtator-zgomot (CNR) la intrarea receptorului radio ar duce la un anumit raport semnal-zgomot in semnalul de mesaj detectat.

Intr-un sistem de comunicatii digitale, un anumit Eb / N0 (raport normal semnal-zgomot) ar duce la o anumita rata de eroare de biti. Sistemele de telecomunicatii se straduiesc sa mareasca raportul dintre nivelul semnalului si nivelul de zgomot pentru a transfera eficient datele, fara erori. Zgomotul din sistemele de telecomunicatii este un produs atat din surse interne cat si externe ale sistemului.