¿La reactancia aumenta el ruido?

La impedancia está hecha de resistencia y reactancia, que es capacitancia e inductancia. Leí que aumentar la resistencia aumenta el ruido, pero ¿y si aumenta la capacitancia o la inductancia, también aumenta el ruido?

A mi modo de ver, la capacitancia y la inductancia también actúan como resistencia, también resisten, la única diferencia es que su "resistencia" es de frecuencia variable a diferencia de la resistencia normal. Además, la resistencia normal disipa energía, mientras que la capacitancia y la inductancia almacenan energía. No estoy seguro de si esto tiene un impacto en el ruido.

Ejemplo: tengo tres fuentes de señal idénticas que emiten una onda sinusoidal de 100 Hz, quiero atenuarla en cierta cantidad. Una onda sinusoidal pasa por una resistencia de 1 MΩ, la segunda por un capacitor que tiene una reactancia capacitiva de 1 MΩ a 100 Hz y la tercera onda sinusoidal pasa por un inductor con una reactancia capacitiva de 1 MΩ a 100 Hz. ¿Qué tan alto será el ruido en cada caso? ¿Cuál de las tres ondas sinusoidales sufriría la peor degradación SNR?

Lo más probable es que se refiera al llamado ruido de Nyquist o ruido de Johnson-Nyquist. Wikipedia tiene una sección sobre cómo afecta las impedancias reactivas aquí .
tienes que considerar la impedancia del amplificador de entrada. Cuando hace un divisor de 1M:100ohm, la resistencia al ruido es de solo 100 ohm.
solo si la reactancia resuena o pasa más ruido de la fuente que la señal
Entonces, si lo entiendo correctamente, las resistencias solo agregan ruido térmico mientras que los inductores y capacitores ideales no lo hacen. Eso significa que la reactancia pura no causa ruido.

Respuestas (4)

No creo que haya una manera de saber en qué dirección irá el ruido solo con la afirmación de aumentar/disminuir la resistencia o algo similar. Depende mucho de la aplicación.

Por ejemplo, en un divisor de voltaje, la salida es un voltaje y las contribuciones de ruido se pueden calcular usando

d v R 2 ¯ = 4 k B T ⋅ R ⋅ d F

Sin embargo , al construir un amplificador de transimpedancia, por ejemplo (convertir una corriente de entrada en un voltaje de salida), debemos observar cuánto ruido de corriente generó la resistencia, en cuyo caso ahora debemos observar la ecuación:

d i R 2 ¯ = 4 k B T ⋅ 1 R d F

De repente, el ruido baja con R , solo porque la información que estamos viendo es diferente.

Se puede hacer un razonamiento similar para las reactancias. Si bien un elemento puramente reactivo teóricamente no genera ruido por sí mismo, puede afectar el ruido en ambos sentidos indirectamente .

Por ejemplo, al observar el ruido de salida integrado total de un filtro de paso bajo RC simple , puede encontrar que

v norte 2 ¯ = k B T C

¡Tener una gran capacitancia disminuirá el ruido en el voltaje de salida ! Por otro lado, en los generadores de imágenes, a menudo le interesa la cantidad de carga en el capacitor, en algunos casos querrá contar casi la cantidad de electrones. En tal caso, el ruido integrado total es

q norte 2 ¯ = k B T C

En esta aplicación, desea tener una capacitancia mínima .

Podrías pensar que esto es contradictorio, pero no lo es. Si está interesado en la cantidad de cargas , querrá tener el cambio de voltaje más grande posible por electrón almacenado en el capacitor. Entonces, unos cuantos electrones más o menos en el capacitor producirán una oscilación de voltaje muy grande si la capacitancia es pequeña (es decir, el ruido de voltaje es grande), pero podemos medir con mucha precisión la cantidad de carga. Sin embargo, si solo queremos mantener el voltaje estable, entonces no queremos que esos pocos electrones tengan un gran efecto, por lo que la capacitancia se elige muy grande en ese caso.

"Teóricamente, el elemento puramente reactivo no genera ruido por sí mismo". Eso significa que, en mi ejemplo, la señal que pasó a través de la resistencia sería más ruidosa que las que pasaron por el condensador o el inductor, ¿correcto?
En su ejemplo, teóricamente no hay una fuente de ruido si solo agrega capacitores y/o inductores.
Entonces resistencia = ruido, inductor/condensador sin ruido.... gracias

No directamente.

Las corrientes reactivas no dan como resultado que la potencia real se disipe en una carga o se transfiera a la carga. No habrá transferencia de energía de ruido. Sin energía = sin ruido, de la reactancia

Pero al igual que los problemas del factor de potencia, la reactancia puede estar desviando la corriente de la señal a través de resistencias reales, provocando una pérdida de potencia real y, por lo tanto, una reducción real en la relación señal-ruido.

Otro punto de vista es que las reactancias representan un desajuste, donde parte de la energía de la señal no se transfiere al amplificador, nuevamente peor SNR.

Si coloca una reactancia gigante en serie con la fuente, claramente muy poca potencia de señal llegará a la carga: mala SNR.

Ahora, el segundo problema es que su amplificador tiene corrientes de ruido de entrada. Cuando estos son forzados a través de una reactancia, se convertirán en voltajes de ruido reales. (Creo que - abierto a debate).

Si simplemente divide el voltaje, por cualquier medio, empeorará la SNR a medida que la potencia se reduce en V ^ 2. Si desea intentar preservar la SNR, debe realizar una transformación de impedancia, de modo que la corriente aumente a medida que cae el voltaje y, por lo tanto, la potencia sea constante. Cuando coloca una resistencia de 1 Mohm o una reactancia dividida con una resistencia de 100 ohm, la resistencia al ruido térmico es de 100 ohm independientemente

¿Qué es la energía del ruido? El ruido y la señal están conectados, si algo disminuye la energía del ruido, debe disminuir la energía de la señal de la misma manera porque ambas son realmente energía eléctrica que vive juntas en la misma forma de onda de voltaje/corriente. transferido al amplificador - nuevamente peor SNR "Pero la transferencia disminuye en la misma cantidad sin importar si es resistencia o reactancia, 1MΩ a 100 Hz es 1MΩ a 100 Hz sin importar si la resistencia o la reactancia están disminuyendo la señal.
No, cada resistencia (real) produce una cantidad fija de energía de ruido a una temperatura y un ancho de banda dados. Es -174dBm/hz a temperatura ambiente. Este es el resultado final del rendimiento del ruido. Solo puede mejorarlo bajando la temperatura o reduciendo el ancho de banda de la señal
No quiero decir eso, quiero decir que si tenemos un divisor de voltaje de CA, dividirá la energía TRANSFERIDA en dos cargas por igual si las impedancias son las mismas entre la variante de resistencia y la variante de reactancia. Ohm es ohm desde la perspectiva de la transferencia de energía.
El efecto SNR será básicamente el mismo: después del divisor, el ruido proviene del amplificador de entrada y las resistencias de entrada, independientemente del tipo de divisor. La degradación de SNR es simplemente causada por la reducción de la potencia de la señal que llega al amplificador de entrada; usar R o C no cambia eso. El uso de un transformador o una red de adaptación resonante puede preservar la SNR. Tenga en cuenta que a medida que cambia la impedancia aparente de la fuente, necesita un circuito amplificador diferente para obtener el mejor ruido. Cada tipo de amplificador tiene una "resistencia de ruido equivalente" donde puede dar la mejor SNR.
Por cierto, el ruido no es intuitivo al principio, y gran parte de lo que está escrito en las 'webs' está muy mal. Obtenga una copia de Art of Electronics y lea las secciones de bajo ruido.
Usted escribió "cada resistencia (real) produce una cantidad fija de energía de ruido a una temperatura y ancho de banda dados", y luego "El efecto SNR será básicamente el mismo: después del divisor, el ruido proviene del amplificador de entrada y las resistencias de entrada , independientemente del tipo de divisor. La degradación de SNR es simplemente causada por la reducción de la potencia de la señal que llega al amplificador de entrada; usar R o C no cambia eso". Estas dos afirmaciones se contradicen entre sí, ya sea que la resistencia produzca ruido térmico, por lo que la SNR NO será la misma y "R o C" CAMBIARÁN eso o la primera afirmación es falsa.
@wavscientist En realidad no entiendo tu argumento. Pero tampoco estoy seguro de entender todo lo de Henry. La capacitancia tiene ruido kTC exactamente por la misma razón que una resistencia tiene ruido Johnson: fluctuaciones estadísticas de energía térmica distribuidas sobre los grados de libertad en esos sistemas. Los inductores (fuera de su resistencia óhmica intrínseca) no sufren ruido de Johnson. No estoy al tanto de las fluctuaciones cuánticas en la energía de punto cero del vacío, pero de otra manera no veo una fuente para que la inductancia ideal sea una fuente de ruido térmico. Tal vez alguien pueda educarme.
@jonk ¿Qué no entiendes? Creo que tengo una pregunta, no un argumento. Entonces, ¿afirma que las resistencias y los capacitores tienen ruido, pero los inductores no? Nunca he escuchado o leído eso, no digo que esté mal, simplemente muy sorprendente.
@wavscientist Simplemente digo que no conozco un mecanismo físico, y agrego "tal vez alguien pueda educarme". Por otro lado, conozco muy bien los mecanismos que involucran capacitores (reset y otros) y resistencias. Si conozco un mecanismo, entonces acepto las conclusiones. Si no lo hago, simplemente digo que no lo hago. Si conoces alguno, genial. Cuéntame sobre eso.
@jonk. El ruido térmico proviene del movimiento térmico (físico) que sacude los electrones. En un condensador, no hay electrones que se muevan a través de la reactancia, ni hay electrones en la inductancia de las bobinas. Entonces, las reactancias ideales no tienen un mecanismo físico para hacer ruido. (el pequeño componente de resistencia real, por supuesto, hace ruido). Por supuesto, este no es el punto. En el caso de WS, la SNR empeora porque reduce la señal en un divisor (R o C) y luego la coloca en la resistencia de entrada real del amplificador que genera ruido.
El ruido kTC tiene una explicación física bien conocida. No conozco tal mecanismo para la inductancia.
@jonk, el ruido kTC proviene de la resistencia, no de la C. consulte en.wikipedia.org/wiki/Johnson –Nyquist_noise#Thermal_noise_on_capacitors. [Sin embargo, me pregunto si el movimiento de los átomos en el dieléctrico de un condensador de película (digamos) podría traducir una polarización de CC (alta) en ruido, como un micrófono de condensador. ]
No. Tendré que buscarte un mensaje de texto. Esa no es la explicación física.
El ruido de @jonk kTC no es ruido de condensador. Cito: "El ruido térmico en la resistencia representa el 100% del ruido kTC"
No estoy discutiendo con una página web. kTC también utiliza los mismos argumentos termodinámicos estadísticos que el ruido de Johnson. Así que no me confundas allí tampoco. Pero creo que necesitas ver la derivación del mecanismo físico. Tengo un libro en alguna parte. Cuando lo encuentre, me corregiré o te lo mencionaré.
@HenryCrun Está bien. Referencia que tengo en el estante: S Donati, "Photodetectors: Devices, Circuits, and Applications", Prentice Hall, 2000, Apéndice 4, "Noise Revisited", pp. 393-398, (incluye "Noise from Statistical Thermodynamics" debido a un teorema de termodinámica estadística de Albert Einstein). Referencias adicionales: MJ Buckingham, "Noise in Electronic Devices and Systems", J Wiley, 1983; MS Gupta (editor), "Ruido eléctrico: fundamentos y fuentes", 1977.

Su aplicación no está clara, pero supondré que está hablando de transmitir una señal a través de una línea de transmisión lo suficientemente larga como para que esté sujeta a ruido real y luego pasar esa señal a un amplificador o búfer.

Básicamente, la resistencia solo reduce la potencia de la señal y no se puede hacer nada para compensarla, por lo que debe amplificar la señal y, junto con ella, el ruido.

La reactancia le dice cuánto resiste el circuito al cambio de estado y es lo que determina la cantidad de una señal que se refleja hacia su transmisor a medida que cambia de portador, ya sea una línea de transmisión o la salida/entrada de un circuito. Dado que la reactancia se puede ajustar en el circuito de entrada y salida, teóricamente es posible tener una coincidencia perfecta (sin reflexión) donde la pérdida es puramente resistiva. En la práctica, la reflexión siempre será distinta de cero.

Para llegar más a su punto, si su circuito está sintonizado, tendrá bastante menos pérdida de su reactancia que de su resistencia, sin embargo, aún tendrá que aumentar la señal de ambas fuentes de pérdida de energía (es decir, resistencia y pérdida de reflexión). .. también comúnmente llamado pérdida de inserción).

Espero que ayude

No, no me refiero a las líneas de transmisión.

Sí. Absolutamente. Como dijiste, la resistencia a frecuencias específicas será en gran medida como una resistencia. Hay muchas fuentes de ruido que serán más o menos dominantes según el circuito, pero si tiene un amplificador de alta ganancia con un filtro RC delante y presenta una impedancia de fuente más alta en frecuencias más altas o más bajas, ese ruido será amplificado.

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