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RUIDO TERMICO
El ruido de Johnson–Nyquist (ruido térmico, ruido de Johnson, o ruido de Nyquist) se genera por la agitación térmica de los portadores de carga (generalmente electrones dentro de un conductor) en equilibrio, lo que sucede con independencia del voltaje aplicado.


El ruido térmico es aproximadamente blanco, lo que significa que su densidad espectral de potencia es casi plana.Además, la amplitud de la señal sigue una distribución gaussiana.
Este tipo de ruido fue medido por primera vez por John B. Johnson en 1928 en los Bell Labs. Comunicó su hallazgo a su compañero Harry Nyquist, que elaboró la explicación técnica del fenómeno.
Se dedicaron al estudio sobre los resistores metálicos y llegaron a la siguiente conclusión:
"Cuando una resistencia de valor R es sometida auna temperatura, el movimiento aleatorio de los electrones produce un voltaje de ruido entre un par de terminales abiertos". Este voltaje tiene una distribución gaussiana con media cero y varianza dada por:

Otra manera mas clara y rápida de definir el ruido térmico, es utilizar la potencia disponible, la cual se puede determinar aplicando el concepto de máxima transferencia de potencia; lamáxima potencia es entregada cuando la impedancia de la carga es el complejo conjugado de la impedancia de la fuente.


aplicando este teorema al circuito se tiene:



Indica que la máxima densidad de potencia entregada a una carga adaptada, sin tener en cuenta su valor es de:


1/2 KT.


El ruido térmico puede claramente ser reducido enfriando la fuente de ruido y este mismo principio seesta aplicando en algunos receptores de radio utilizando enfriadores criogénicos, para mejorar la sensibilidad del receptor.


EJEMPLO:
Un receptor de radio tiene limitado su comportamiento por el ruido térmico en la "sección de entrada" del receptor. Esta diseñado para
proporcionar una relación S/N mejor de 10 dB a la entrada del demodulador. El ancho de banda del canal para el receptor esde 25Khz
cual es el mínimo nivel de señal recibido que puede utilizarse para conseguir este objetivo de comportamiento, suponiendo que el
receptor esta trabajando a una temperatura de 280°K?

SOLUCIÓN:
La potencia media del ruido térmico para este caso viene dada por:


0-130 dB (dB relativos a 1mW)

para conseguir una relacion S/N de 10 dB, la potencia de la señal recibida puede, porconsiguiente superar (-130+10)=-120dB





ruido de tensión y potencia
El ruido térmico es diferente del ruido de disparo, que tiene lugar cuando el número finito de electrones es suficientemente pequeño para dar lugar a la aparición de fluctuaciones estadísticas apreciables en una medición. La definición de ruido de Johnson-Nyquist aplica a cualquier tipo de medio conductor. Puede modelarsecomo una fuente de tensión que representa el ruido de una resistencia no ideal en serie con una resistencia libre de ruido.
La densidad espectral de potencia viene dada por:

donde kB es la constante de Boltzmann en julios por kelvin, T es la temperatura de la resistencia en kelvin, y R su valor en Ohmios (Ω). La siguiente ecuación proporciona un cálculo rápido para una temperatura de 300kelvin:
.
Por ejemplo, una resistencia de 1 kΩ a 300 K tiene
.
Para un acnho de banda dado, el valor cuadrático medio (RMS) de la tensión, , vale

donde Δf es el ancho de banda sobre el que se mide el ruido. Para una resistencia de 1 kΩ a temperatura ambiente y10 kHz de ancho de banda, el valor cuadrático medio de la tensión de ruido en 400 nV.4 Una regla sencilla para recordar es que 50Ω sobreun ancho de banda de 1Hz corresponden a 1nV a temperatura ambiente.
Una resistencia en cortocircuito, disipa una potencia de ruido:

El ruido generado en la resistencia puede transferirse al resto del circuito, siendo máximo el valor de transferencia cuando la impedacia del equivalente de Thévenin de éste iguala el valor de la resistencia. En esta caso, cada una de las dos resistencias disipa...