Calculadora de ruido térmico

El ruido térmico, o ruido de Johnson-Nyquist, surge del movimiento aleatorio de electrones en un conductor y está presente en todos los dispositivos electrónicos. Comprender y calcular el ruido térmico es crucial para diseñar y optimizar circuitos electrónicos, especialmente en aplicaciones de bajo ruido.

Antecedentes históricos

El concepto de ruido térmico fue descrito por primera vez por John B. Johnson y luego explicado teóricamente por Harry Nyquist en la década de 1920. Este descubrimiento sentó las bases para comprender el ruido en los circuitos electrónicos y ha sido fundamental en el desarrollo de sistemas de comunicación.

Fórmula de cálculo

El voltaje RMS del ruido térmico se calcula utilizando la fórmula:

\[ V_{n(RMS)} = \sqrt{4 \cdot k_B \cdot T \cdot R \cdot \Delta f} \]

donde:

• \(k_B\) es la constante de Boltzmann (\(1,380649 \times 10^{-23}\) J/K),
• \(T\) es la temperatura absoluta en Kelvin,
• \(R\) es la resistencia en ohmios,
• \(\Delta f\) es el ancho de banda en Hz sobre el cual se mide el ruido.

Ejemplo de cálculo

Para una resistencia de 20.000 Ω a una temperatura de 20 °C (293,15 K) sobre un ancho de banda de 1000 Hz, el voltaje de ruido térmico es:

\[ V_{n(RMS)} = \sqrt{4 \cdot 1,380649 \times 10^{-23} \cdot 293,15 \cdot 20000 \cdot 1000} \]

Casos de importancia y uso

El ruido térmico es un factor limitante en la sensibilidad y el rendimiento de los sistemas electrónicos, incluidos amplificadores, receptores y dispositivos de medición. Calcular con precisión el ruido térmico ayuda a diseñar circuitos más eficientes y con menor ruido.

Preguntas frecuentes más comunes

1. ¿Qué afecta el ruido térmico en un circuito?

   • El ruido térmico está influenciado por la temperatura, la resistencia y el ancho de banda. Temperaturas, resistencias o anchos de banda más altos aumentan el nivel de ruido.

2. ¿Se puede eliminar el ruido térmico?

   • El ruido térmico no se puede eliminar, pero se puede minimizar reduciendo la temperatura, utilizando componentes de menor resistencia o limitando el ancho de banda.

3. ¿Cómo se relaciona el ruido térmico con la temperatura?

   • El ruido térmico es directamente proporcional a la temperatura absoluta de la resistencia. A medida que aumenta la temperatura, también lo hace el ruido.

Esta calculadora proporciona una forma sencilla de estimar el ruido térmico, ayudando a estudiantes, ingenieros y profesionales a comprender y mitigar su impacto en los circuitos electrónicos.