LA FIGURA DE RUIDO

Los amplificadores

Los amplificadores son unos elementos esenciales en muchas aplicaciones electrónicas y de telecomunicaciones. Los amplificadores son unos elementos que, como su nombre indica, amplifican señales. La señal que les llega por la entrada se entrega por la salida amplificada en un factor conocido como ganancia. La ganancia se calcula como la relación entre la salida y la entrada, y normalmente se calcula en voltaje, aunque también puede ser en intensidad o en potencia. Cabe decir que la ganancia carece de unidades, al tratarse de una relación entre dos magnitudes iguales, las unidades se cancelan.

En algunos ámbitos donde las ganancias son muy grandes, éstas se expresan en forma de decibelios, que es una manera logarítmica de representar las relaciones. Esta expresión logarítmica confiere unas características interesantes para hacer cálculos. Cabe decir que hay un cambio entre decibelios calculados en voltaje con respecto a decibelios calculados en potencia, esto se debe a la manera en que se definen unos y otros.

Estamos casi todos de acuerdo en que cuando queremos hacer una instalación de recepción de televisión de tipo antena colectiva se necesita un amplificador, y que la principal característica que mirará el técnico (ya sea instalador o ingeniero) será la ganancia del amplificador.

No obstante, en los amplificadores de radiofrecuencia existe otra característica que casi nunca tenemos en cuenta, porque los fabricantes se encargan de que sus productos la cumplan, pero que es imprescindible para una amplificación y una recepción correcta de las señales. Esta característica es la figura de ruido.

La figura de ruido

La figura de ruido es una característica que anuncian los fabricantes en sus catálogos y está relacionada con otra característica: el factor de ruido.

El factor de ruido es un parámetro que indica cuánto nivel de ruido introduce el amplificador a la señal de entrada. Alguno se preguntará ¿ruido en un amplificador? ¿No se supone que un amplificador sólo amplifica?

El ruido térmico (ruido de Johnson-Nyquist) es una característica inherente a todo sistema electrónico. Consiste en un determinado nivel de señal (voltaje) en todas las frecuencias que existen y se debe a la agitación térmica de los portadores de carga (electrones). Equivale prácticamente al ruido blanco (esto quiere decir que tiene potencia en todo el espectro de frecuencias).

¿Cómo se puede reconocer o identificar el ruido térmico? Si encendemos un receptor de radio sin sintonizar, lo que escucharemos es ruido térmico. El ruido está presente en todas las señales eléctricas en mayor o menor medida. Si el nivel de ruido presente es lo bastante pequeño en comparación de la señal no lo percibiremos. Pero si el nivel de ruido es alto puede molestar en la recepción e incluso hacer ininteligible el mensaje.

Un amplificador o cualquier otro elemento activo de una instalación introduce ruido. Se define el concepto de relación señal ruido , expresado normalmente en decibelios, como la relación entre el nivel de la señal y el nivel del ruido. Este concepto nos indica cómo de buena es la calidad de la señal. Si la relación es grande, la señal es mucho más grande que el ruido, luego el ruido no será un problema para una correcta amplificación o recepción de la señal.

Se define la relación de portadora-ruido como la relación entre el nivel de portadora y el nivel de ruido. Este es otro indicador de la calidad de la señal, que se puede medir directamente con el medidor de campo.

En TV en general se suele hacer la aproximación sin cometer demasiado error.

Para la TV analógica se consideraba que la calidad de la recepción era lo suficientemente buena. Si se reducía, la imagen se iba degradando por la aparición de nieve o manchas.

En la TDT se considera que si la calidad de la señal es suficientemente buena.

Es decir, si el nivel de ruido que introduce es lo bastante pequeño no tiene por qué haber ningún problema. Pero si el nivel de ruido no es despreciable con respecto al nivel de señal podemos degradar severamente la señal que se quiere amplificar.

El factor de ruido se expresa como K·TO, donde K es la constante de Boltzmann (1,38 x 10-23 Joules/Kelvin) y TO es la temperatura en grados Kelvin.

La figura de ruido es la conversión a logarítmico del factor de ruido y se expresa en decibelios

Si la señal que se necesita amplificar es muy débil pero tiene un nivel de ruido correcto, un amplificador la puede amplificar sin que sufra demasiada alteración por el ruido. Alguien podría pensar que ante una señal muy débil si la máxima ganancia del amplificador no fuera suficiente se podrían colocar otros amplificadores en cascada. Este razonamiento es lógico, y sería correcta si no existiera la figura de ruido.

De hacerse esto se conseguiría una ganancia mayor (la suma en dB de la ganancia de cada uno), pero también hay un efecto pernicioso: el aumento de la figura de la figura de ruido en la señal final como suma de las figuras de ruido de cada uno de los amplificadores (recordemos que al trabajar en dB, la suma de los niveles de ruido equivale a multiplicar si se expresa en forma lineal). En consecuencia podríamos tener una señal muy amplificada a la salida pero con un nivel de ruido muy alto también, empeorando la relación señal-ruido, quedando degradada considerablemente la calidad de la señal, pudiendo llegar a hacer que esta sea ininteligible.

Por lo tanto, a la hora de recibir de manera correcta no solo se debe tener en cuenta el nivel de señal, sino también el de ruido y la relación señal-ruido, aparte de otros muchos factores, como la adaptación de todos los elementos de la red, la atenuación introducida por los diferentes elementos de la red, etc.

Conclusión

Como conclusión, el uso de los amplificadores no debe ser abusivo ni indiscriminado. Es poco conveniente conectar varios amplificadores en cascada. Es mejor tener una señal menormente amplificada con una buena relación señal-ruido que tener una señal muy amplificada con una baja relación señal-ruido. La mejor configuración consiste en amplificar con la ganancia adecuada cerca de la antena, donde habrá aun poco nivel de ruido y la misma red de distribución irá atenuando pero manteniendo la calidad de la señal.

Si por el contrario no se amplifica cerca de la antena sino a lo largo de la instalación, la atenuación de los cables habrá reducido el nivel de señal y al amplificar se perjudicará la señal por la figura de ruido del amplificador.