Ejercicios Ruido PDF

 

La temperatura equivalente de ruido, T  , es un valor hipotético que no se puede medir en forma directa. Es un parámetro conveniente que se usa con frecuencia en vez del coeficiente coefi ciente en los radiorreceptores complicados de bajo ruido, de VHF, UHF, microondas y satelitales. El uso de T  como factor de ruido indica la reducción en la relación de señal a ruido que sufre una señal al propagarse a través de un receptor. Mientras menor sea la temperatura equivalente de ruido, la calidad del receptor es mejor. Un coeficiente de ruido r uido de 1 dB corresponde a una temperatura equivalente de ruido de 75° K, y una de 6 dB corresponde a una temperatura equivalente de ruido de 870° K. Los valores normales de T  van desde 20° K para receptores fríos hasta 1000 ° K para receptores ruidosos. La descripción matemática de T  en la entrada de un receptor se expresa como sigue e

e

e

e

T   T (F (F  1)

(1-40)

e

en donde T     temperatura equivalente de ruido (en grados kelvin) T    temperatura del ambiente (valor de referencia: 290 ° K) F    factor de ruido (adimensional) e

Al revés, el factor de ruido se puede representar como una función de la temperatura equivalente de ruido, con la siguiente fórmula

F1

T 

e

(1-41)

T 

Ejemplo 1-15 Determinar: (a) La cifra de ruido para una temperatura equivalente de ruido de 75 ° K (usar 290° K como temperatura de referencia). (b) La temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 6 dB.

Solución

(a) Se sustituye el dato en la ecuación 1-41, y se obtiene el factor de ruido de F1

T 

e

T 

1

75 290

 1.258

y la cifra de ruido es tan sólo NF  10 log(1.258)  1 dB (b) El factor de ruido ruido se calcula calcula reordenando reordenando la ecuación ecuación 1-37 F  antilog (NF/10)  antilog (6/10)  (10)0.6  4 Esto se sustituye en la ecuación 1-40 y se obtiene T   T (F (F  1)  290(4  1)  870° K e

PREGUNTAS 1-1. Defina comunicaciones electrónicas. 1-2. ¿Cuándo se desarrolló el primer sistema electrónico de comunicaciones, quién lo desarrolló y qué clase de sistema era? 1-3. ¿Cuándo comenzaron las radiocomunicaciones? 1-4. ¿Cuáles son los tres componentes principales de un sistema de comunicaciones? 1-5. ¿Cuáles son los dos tipos básicos de sistemas electrónicos de comunicaciones? 1-6. ¿Qué organización asigna frecuencias para la radio propagación en el espacio libre, en Estados Unidos? 1-7. Describa lo siguiente: señal portadora, señal moduladora y onda modulada. 1-8. Describa los términos modulación y demodulación. 1-9. ¿Cuáles son las tres propiedades de una onda senoidal que se pueden variar, y qué tipo de modulación resulta en cada una de ellas? 1-10. Haga una lista y describa las razones por las que es necesaria la modulación en las comunicaciones electrónicas. 1-11. Describa la conversión elevadora de frecuencia, y dónde se hace.

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1-12. Describa la conversión reductora de frecuencia, y dónde se hace. 1-13. Mencione y describa las dos limitaciones más importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones electrónicas. 1-14. ¿Qué es capacidad de información de un sistema de comunicaciones? 1-15. Describa en resumen el significado de la ley de Hartley. 1-16. Describa el análisis de señales en lo que concierne a las comunicaciones electrónicas. 1-17. ¿Qué quiere decir simetría par ? ¿Cuál es un sinónimo de simetría par? 1-18. ¿Qué quiere decir simetría impar ? ¿Cuál es un sinónimo de simetría impar? 1-19. ¿Qué quiere decir simetría de media onda? 1-20. Describa el significado del término ciclo de trabajo. 1-21. 1-22. 1-23. 1-24. 1-25. 1-26. 1-27. 1-28. 1-29. 1-30. 1-31. 1-32. 1-33. 1-34. 1-35.

Describa una función (sen  x)/   x. Defina la suma lineal. Defina el mezclado no lineal. Describa el ruido eléctrico. ¿Cuáles son las dos categorías generales del ruido eléctrico? La frase no hay señal, no hay ruido describe ¿a qué tipo de interferencia eléctrica? Haga una lista de los tipos de ruido, y describa cuáles se consideran ruido externo. ¿Cuál es el tipo predominante de ruido interno? Describa la relación entre la potencia de ruido térmico, ancho de banda y temperatura. Describa lo que es el ruido blanco. Mencione y describa los dos tipos de ruido correlacionado. Describa lo que es relación de potencia de señal a ruido. ¿Qué quieren decir los términos factor de ruido y cifra de ruido? Defina la temperatura equivalente de ruido . Describa lo que es una armónica y una frecuencia de producto cruzado.

PROBLEMAS 1-1. ¿Cuál es la designación CCIR de los siguientes intervalos de frecuencia? (a) 3 kHz a 30 kHz.   (b) 0.3 MHz a 3 MHz.   (c) 3 GHz a 30 GHz. 1-2. ¿Cuál es el intervalo de frecuencia para las siguientes designaciones CCIR? (a) UHF.   (b) ELF.   (c) SHF. 1-3. ¿Cuál es el efecto, sobre la capacidad de información de un canal de comunicaciones, de ampliar al doble el ancho de banda asignado? ¿De triplicarlo? 1-4. ¿Cuál es el efecto, sobre la capacidad de información de un canal de comunicaciones, de reducir a la mitad el ancho de banda y subir al doble el tiempo de transmisión? 1-5. Convierta las siguientes temperaturas en grados kelvin: (a) 17 17°° C.   (b) 27 27°° C.   (c)   17 17°° C.   (d)   50 50°° C. 1-6. Convierta las siguientes potencias de ruido térmico en dBm: (a) 0.001 W.   (b) 1 pW.   (c) 2  1015 W.   (d) 1.4  1016 W. 1-7. Convierta en watts las siguientes potencias de ruido térmico: (a)   150 dBm.   (b)   100 dBm.   (c)   120 dBm.   (d)   174 dBm. 1-8. Calcule la potencia de ruido térmico, en watts y en dBm, para los siguientes anchos de banda y temperaturas de un amplificador: 17°° C. (a)  B  100 Hz, T  17 (b)  B  100 kHz, T  10 100° 0° C. 500° 0° C. (c)  B  1 MHz, T  50 1-9. Para el tren de ondas cuadradas de la figura siguiente: (a) Determine las amplitudes de las primeras cinco armónicas. (b) Trace el espectro de frecuencias. (c) Trace el diagrama de la señal, en el dominio del tiempo, de las componentes de frecuencia hasta la quinta armónica.

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1-10. Para la forma de onda del pulso en la figura siguiente: (a) Determine la componente de cd. (b) Determine las amplitudes máximas de las cinco primeras armónicas. (c) Trace la gráfica de la función (sen x)/   x. (d) Trace el espectro de frecuencias.

1-11. Describa el espectro que se ve a continuación. Determine la clase de amplificador (lineal o no lineal) y el contenido de frecuencias de la señal de entrada.

Frecuencia (kHz)

1-12. Repita el problema 1-11 con el siguiente espectro:

1-13. Un amplificador no lineal tiene dos frecuencias de entrada: 7 y 4 kHz. (a) Determine las tres primeras armónicas presentes en la salida, para cada frecuencia. (b) Determine las frecuencias de producto cruzado que se producen en la salida, para valores de m y n de 1 y 2. (c) Trace el espectro de salida de las frecuencias armónicas y de productos cruzados determinadas en los pasos a) y b). 1-14. Determine la distorsión porcentual de segundo orden, tercer orden y armónica total, para el siguiente espectro de salida:

Frecuencia (kHz)

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17 1-15. Determine el ancho de banda necesario para producir 8  10 watts de potencia de ruido térmico a la temperat temperatura ura de 17° C.

1-16. Determine los voltajes de ruido térmico, para componentes que funcionen en las siguientes temperaturas, anchos de banda y resistencias equivalentes: 50°° C, B  50 kHz y R  50 . (a) T  50 100° 0° C, B  10 kHz y R  100 . (b) T  10 50° 50 ° C, B  500 kHz y R  72 . (c) T  1-17. Determine la segunda, quinta y decimoquinta armónica para una onda repetitiva con frecuencia fundamental de 2.5 kHz. 1-18. Determine la distorsión de segunda y tercera armónica, y armónica total, para una banda repetitiva con amplitud de frecuencia fundamental de 10 Vrms, amplitud de segunda armónica de 0.2 Vrms y de tercera armónica de 0.1 Vrms. con frecuencias de ondas senoidales senoidales en la entrada de 3 y 5 kHz, de1-19. Para un amplificador no lineal con termine las tres primeras armónicas presentes en la salida, para cada frecuencia de entrada, y las frecuencias de producto cruzado que se producen con valores de m y n igual a 1 y 2. 1-20. Determine las relaciones de potencia, en dB, con las siguientes potencias de entrada y salida: (a) Pent  0.001 W, Psal  0.01 W. (b) Pent  0.25 W, Psal  0.5 W. (c) Pent  1 W, Psal  0.5 W. (d) Pent  0.001 W, Psal  0.001 W. (e) Pent  0.04 W, Psal  0.16 W. (f) Pent  0.002 W, Psal  0.0002 W. (g) Pent  0.01 W, Psal  0.4 W. 1-21. Determine las relaciones de voltaje, en dB, para los siguientes voltajes de entrada y de salida. Suponga valores iguales de resistencia de entrada y de salida. (a) vent  0.001 V, vsal  0.01 V. V. (b) vent  0.1 V, vsal  2 V. (c) vent  0.5 V, vsal  0.25 V. (d) vent  1 V, vsal  4 V. V. 1-22. Determine el factor de ruido general y la cifra de ruido general para tres amplificadores en cascada, con los siguientes parámetros:  A1  10 dB  A2  10 dB  A3  20 dB

NF1  3 dB NF2  6 dB NF3  10 dB 1-23. Determine el factor de ruido general y la cifra de ruido general para tres amplificadores en cascada, con los siguientes parámetros:  A1  3 dB  A2  13 dB  A3  10 dB

NF1  10 dB NF2  6 dB NF3  10 dB 1-24. Si el ancho de banda de un amplificador es B  20 kHz, y su potencia total de ruido es  N  2  1017 W, calcule la potencia total de ruido si el ancho de banda aumenta a 40 kHz. Calcúlela si el ancho de banda disminuye a 10 kHz. 1-25. Para un amplificador que funciona a una temperatura de 27° C, con ancho de banda de 20 kHz, determine: (a) La potencia total de ruido, en watts y en dBm. (b) El voltaje rms de ruido (V N), con una resistencia interna de 50  y un resistor de carga de 50 .

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1-26. (a) Determine la potencia de ruido, en watts y en dBm, de un amplificador que trabaja a una temperatura de 400° C con un ancho de banda de 1 MHz. MHz. (b) Determine la disminución de potencia de ruido, en decibelios, si la temperatura bajara a 100° 10 0° C. (c) Determine el aumento de potencia de ruido, en decibeles, si aumenta al doble el ancho de banda. 1-27. Determine la cifra de ruido para una temperatura equivalente de ruido de 1000° K; use 290° K como temperatura de referencia. 1-28. Determine la temperatura equivalente de ruido para una cifra de ruido de 10 dB. 1-29. Determine la cifra de ruido para un amplificador con relación de señal a ruido en la entrada igual a 100, y en la salida igual a 50. 1-30. Determine la cifra de ruido para un amplificador con relación de señal a ruido de 30 dB en la entrada y de 24 dB en la salida. 1-31. Calcule la relación de señal a ruido en la entrada para un amplificador con 16 dB de señal a ruido en la entrada y 5.4 dB de cifra de ruido. 1-32. Calcule la relación de señal a ruido en la salida de un amplificador con relación de señal a ruido de 23 dB en la entrada, y la cifra de ruido de 6.2 dB.

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