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Instrumentação Eletrônica Aula #10Sinais : Ruído.Prof. José Américo MouraJuazeiro ago 07,2017 1 Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica

Instrumentação EletrônicaSinais: Ruído Definido como qualquer sinal indesejável em umprocesso.  Parâmetro importante em projetos de circuitos eletrônicos pois limita o desempenho global. O ruído eletrônico tem uma relação decompromisso - potência x velocidade: maior amplitude  maior potência maior velocidade  maior maior banda, isto é,resposta em freqüência mais ampla.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 2

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Pode ter natureza :  Determinística, ou  AleatóriaProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 3

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  O ruído é portanto um parâmetro fundamental a ser considerado quando na concepção de um projeto eletrônico.  Suas causas são diversas e podemos dividi-las em:  Produzido pelo homem - interferência  Próprio do sistema – ruído eletrônicoProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 4

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Todo circuito eletrônico está sujeito a múltiplas fontes de ruído – INTERNAS e EXTERNAS. INTERNAS : resistores, transistores,amplificadores, e.t.c. EXTERNAS : presentes no próprio sinal a serprocessado, introduzidos por um sistema de terra ouainda na forma de indução magnéticas. Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 5

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  DeterminísticoProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 6

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Aleatório – Estocáticos (VA)Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 7

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  O ruído é um sinal de potência e portanto caracterizado por sua DENSIDADE ESPECTRAL DE POTÊNCIA (PSD).  Se um sinal de ruído com PSD definida é aplicado a um SLIT com FT dada por H(w) então a PSD da Saída será:Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 8

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  EXEMPLOProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 9

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído de Base  Mesmo que todas as entradas do sistema estejam zeradas, existe um nível de ruído na saída. É o ruído de base (noise floor)Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 10

Instrumentação Eletrônica Ruído : Relação sinal-ruído SNR SNRdB  É uma medida da qualidade do sistema quanto ao ruído na saída do sistema.  Muitas vezes dada em dBProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 11

Instrumentação Eletrônica Ruído : Relação sinal-ruído SNR SNRdB  Exemplo 1: Em um sistema que trata o sinal de um sensor de temperatura, é produzido um sinal com Vrms = 1,5V e um ruído superposto de 150 mV . Determine a relação sinal-ruído para este sistema.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 12

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Produzido pelo homem - interferência  acoplamento de sinais: capacitivo , indutivo  rejeição limitada da fonte - rippleProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 13

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Ruído próprio  fundamental : térmico  associado a tecnologia: flicker - causado por defeitos ou rugosidade no material.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 14

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Em geral temos múltiplas fontes de ruído em um sistema.  Quando temos múltiplas fontes de ruído, a contribuição total para o sistema se dá na proporção de sua potências e não de suas tensões.FONTE 1FONTE 2FONTE N Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 15

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Contribuição total para o sistema  Ruído não-correlacionado  Ruído correlacionadoProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 16

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Muitas das fontes de ruído mais comuns são não- correlacionadas  Ruído correlacionado é menos comum mas aparece na forma de ruído externo devido ao acoplamento de sinais.  Use de cautela ao assumir que as fontes de ruído são não-correlacionadas.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 17

Instrumentação Eletrônica Sinais: Ruído  Devido a forma como o ruído é adicionado, a análise pode ser simplificada com o conceito de fonte de ruído dominante.  Nestes casos as fontes de menor intensidade podem ser desprezadas sem afetarem significativamente a análise global.  EXEMPLO: Considere duas fontes de ruído, tendo uma 25% da amplitude da outra. Calcule a contribuição desta fonte ao ruído total.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 18

Instrumentação Eletrônica Ruído: Especificações  Nos datasheets, o ruído é especificado em termos da sua DENSIDADE ESPECTRAL DE POTÊNCIA – PSD.  a potência do ruído em determinada faixa de freqüências - BANDAProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 19

Instrumentação Eletrônica Ruído: Especificações  Representada por : i. um gráfico espectralProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 20

Instrumentação Eletrônica Ruído: Especificações  Representada por : ii. A densidade como a potência do ruído em uma banda de 1 Hz centrada na freqüência de interesse.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 21

Instrumentação Eletrônica Ruído: Especificações  Muito comum, na área de comunicações, representar a densidade em termos das tensões e correntes em vez de potência, devido a peculiaridade de impedância padronizadas (50 ou 75 ohm). Quando está expresso nestas unidades, ao combinar fontes deve-se usar os quadrados (e1)2 + (e2)2Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 22

Instrumentação Eletrônica Ruído : Tipos  Existem basicamente 05 tipos de ruído em circuitos eletrônicos:  shot noise  1/f - flicker noise  ruído térmico  burst noise  ruído de avalanche Em um circuito alguns ou todos os ruídos acima podem estarpresentes. Não é possível , em geral, separar seus efeitos, muitoembora conhecendo as causas o projetista pode minimizá-los.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 23

Instrumentação Eletrônica Ruído : Shot noise  Abreviação para Schottky  É às vezes chamado de ruído quântico. Ocorre devido a flutuações quânticas devido anatureza discreta das cargas CARACTERÍSTICAS : está associado a corrente elétrica, cessando esta oruído cessa. independe da temperatura tem o espectro plano (flat) está presente em qualquer condutor e não somenteem semicondutores, isto devido a defeitos eimpurezas. Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 24

Instrumentação Eletrônica Ruído : Shot noise  A corrente de ruído Schottky é dada por: sendo : q : carga do elétron ICC : corrente média Io : corrente de saturação reversa B : banda passanteProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 25

Instrumentação Eletrônica Ruído : Relação sinal-ruído SNR SNRdB  Exemplo 1: Para um diodo diretamente polarizado calcule a corrente e a tensão de ruído , este último também em dBV . Assuma Icc = 1 mA @ 298 K.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 26

Instrumentação Eletrônica Ruído : Flicker (1/f) Não tem origem explicada Está presente em muitos processos naturais eartificiais Está presente em dispositivos ativos e passivos. Pode estar relacionado a imperfeições na estruturacristalina. CARACTERÍSTICAS : aumenta com a diminuição da frequência. está associado a componente c.c nos componenteseletrônicos. tem a mesma relação de potência em cada oitavaou década.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 27

Instrumentação Eletrônica Ruído : Flicker (1/f)  Seu valor rms é dado por: É encontrado em resistores de carbono, geralmentechamado de ruído de excesso. Diminuindo a corrente c.c o ruído será dominado pelo reuídotérmico.Prof. José Américo Moura – Eng. Elétrica 28

Instrumentação Eletrônica Ruído : Flicker (1/f)  Reduzindo o 1/f em circuitos ampOpProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 29

FIMProf. José Américo Moura – Eng. Elétrica 30