D9 Medicion de Ruido y Senales Debiles

Tópico

Medir señales extremadamente débiles, enterradas en ruido de fondo mucho más intenso que la propia señal de interés, es una de las competencias más exigentes de la electrónica de precisión. El ruido total que afecta una cadena de medición combina estas mismas fuentes de origen físico diferente que ya describió el modelo de ruido electrónico —ruido térmico, ruido de disparo, ruido de baja frecuencia— junto con interferencias externas, y se combinan entre sí no sumándose directamente sino de una forma estadística que atenúa el efecto conjunto respecto a una simple suma.

El amplificador de detección sincronizada (lock-in) es, con diferencia, el instrumento más poderoso disponible para extraer una señal débil enterrada en ruido: multiplica la señal recibida por una referencia de la misma frecuencia que la señal de interés, y luego filtra el resultado con un ancho de banda extraordinariamente estrecho, retomando esta misma frecuencia de corte que ya describió el modelo de análisis en frecuencia, logrando mejoras en la relación señal-ruido de varios órdenes de magnitud respecto a una medición directa sin este truco. Cuanto más estrecho se configura ese filtro final —lo que implica promediar durante más tiempo— mayor es la mejora obtenida, aunque a costa de que la medición tarde más en completarse.

La correcta gestión de las conexiones a tierra es igualmente crítica en mediciones de precisión: a frecuencias suficientemente altas, incluso un cable de tierra corto deja de comportarse como una conexión ideal y presenta una impedancia apreciable —esta misma transición hacia el comportamiento de línea de transmisión que ya describió el modelo correspondiente de este catálogo—, lo que puede generar lazos de tierra que introducen ruido adicional no deseado en la medición. El blindaje electromagnético, típicamente mediante una carcasa metálica que rodea el circuito sensible, atenúa la influencia de campos electromagnéticos externos que de otro modo contaminarían la señal.

Por eso este módulo, que abre combinando fuentes de ruido de forma estadística, cierra con una última vuelta de tuerca sobre el propio lock-in: técnicas de modulación que convierten deliberadamente una señal continua en una señal alterna a una frecuencia conocida —retomando esta misma modulación que ya describió el modelo de comunicaciones electrónicas, aplicada aquí no para comunicar sino para medir— permiten aprovechar plenamente la capacidad de este instrumento incluso al medir magnitudes que originalmente son constantes en el tiempo.

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