Bruit
Figure 1 : Bruit de fond sur un affichage PPI
Le bruit est un signal aléatoire, et habituellement nuisible, dans plusieurs domaines :
- C’est la « friture » dans un signal sonore ;
- C’est une variation de l’intensité ou des tons dans une image vidéo ;
- C’est une série de points aléatoires, comme dans la figure 1, qui cachent les vrais échos sur un affichage PPI ;
- C’est une série de variation de faibles pics de voltage sur un oscilloscope, donnant par exemple un aspect de « brin de gazon » sur un affichage de type A.
Le bruit est caractérisé par ses propriétés statistiques et devient apparent dans un environnement sans signal très marqué. Du bruit ayant une amplitude égale à toutes les fréquences est appelé « bruit blanc », son énergie est distribuée également. Le nom vient de l’analogie avec la lumière blanche qui est un mélange de toutes les couleurs du spectre visible. Le bruit rose se caractérise par le fait que son intensité varie en 1/f, où f est la fréquence syntonisée.
Le bruit est un phénomène intrinsèque à toute composante électronique. Sa source peut être interne ou externe au circuit :
- Dans un radar l’antenne reçoit le signal et le bruit externe, chacun ayant une certaine puissance. Le bruit dépend de la fréquence f et de la bande passante du récepteur B. La température de bruit équivalente de l’antenne est le plus souvent dépendante de l’angle de site (angle d’élévation). Elle provient des radiations extra-terrestres comme la radiation cosmique, surtout de la Voie Lactée, l’absorption des ondes électromagnétiques par l’atmosphère et par la radiation infrarouge de la Terre (sa température). Comme le bruit ne peut être séparé des échos radars, il est amplifié par le récepteur.
- Les sources de bruit interne au circuit proviennent le plus souvent des semi-conducteurs, du bruit thermique des résistances et des capacités, et du bruit du courant. Le bruit thermique dépend de l'agitation thermique des porteurs de charges, c'est-à-dire des électrons dans les résistances électriques du circuit. Sa moyenne temporelle est nulle mais sa valeur quadratique moyenne ne l’est pas.
Figure 2 : Bruit affiché sur un oscilloscope lorsque l’un des câbles de celui-ci n’est pas relié à un circuit.
Figure 2 : Bruit affiché sur un oscilloscope lorsque l’un des câbles de celui-ci n’est pas relié à un circuit.
Le bruit d’un système peut être exprimé de trois façons :
- Facteur de bruit (Fn) ;
- Chiffre de bruit (NF) ;
- Température de bruit équivalente (Te).
Facteur de bruit
Le facteur de bruit (Fn) donne la valeur du bruit supplémentaire que cause le circuit à la sortie d’un appareil par rapport au bruit total. Le facteur de bruit à une fréquence donnée est donc défini ainsi:
| Fn = | Puissance du bruit du circuit à la sortie | (1) |
| Puissance du bruit du signal source à la sortie |
Il s’agit d’un nombre sans unité.
Chiffre de bruit
Le chiffre de bruit (NF) est la mesure du bruit d'un amplificateur, généralement exprimée en décibels (dB), par rapport à un bruit minimum de référence. Il s’agit de la dégradation du rapport signal sur bruit (S/N) par les composantes du circuit électronique de bande passante donnée. NF donne l’augmentation de la puissance du bruit entre l’entrée et la sortie du circuit:
Ce chiffre de bruit se retrouve dans les spécifications du fabricant et dans les récepteurs modernes ne dépasse pas 8 à 10 dB.
Température de bruit équivalente
Le bruit dans un système peut également être exprimé en température équivalente (Te). Il est dû au mouvement brownien des atomes dans les conducteurs et dépend du type de circuit. Le Te d’une résistance est la température de celle-ci mais pour une diode elle peut être plusieurs fois supérieure.
Le bruit interne d’un récepteur peut être d’origine purement thermique ou comprendre d’autres facteurs. La plupart des autres sources ont un spectre de fréquence particulier similaire à du bruit thermique. Le tout peut donc être exprimé comme du bruit thermique.
Le signal minimal que peut capter une antenne faisant face à un corps noir est équivalent à la température de celui-ci (soit 290 K = 17°C = 62°F à la température de la pièce), plus le bruit interne du circuit électronique.
de bruit
power
atmosphérique
cosmique
Figure 3 : Rapport entre la température du bruit et sa puissance selon la fréquence. (ε= Angle de site)
de bruit
power
atmosphérique
cosmique
Figure 3 : Rapport entre la température du bruit et sa puissance selon la fréquence. (ε= Angle de site)
de bruit
power
atmosphérique
cosmique
Figure 3 : Rapport entre la température du bruit et sa puissance selon la fréquence. (ε= Angle de site)
Le bruit thermique est caractérisé par une densité de puissance N:
| N = kTB |
Where: | k est la constante de Boltzman (1.38·10-23 Joules/K) B est la bande du circuit en Hertz et T est la température en Kelvin |
(3) |
La puissance minimale de bruit à l’entrée d’un circuit serait au zéro absolu, soit T0=0°K. À température normale (T = 290°K), kT est environ 4·10-21 Watts/Hz. T0B est donc le bruit minimum d’un circuit « idéal », mais un circuit réel a toujours un facteur Fn supérieur, en dB.