OSCILACIONES

ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE LOS FENMENOS INDUCIDOS POR RUIDO EN UN DIODO TNEL1INTRODUCCINEn la dos dcadas pasadas se han dedicado estudios de investigacin sobre el fenmeno de ruido inducido.

Este fenmeno se ha observado en sistemas no lineales en la presencia de al menos una fuente aleatoria.

Ejemplos de fenmenos de ruido inducido: la

Resonancia estocstica

Activacin resonante

Ruido de estabilidad mejorada

2INTRODUCCINEl estudio de este fenmeno se ha llevado a cabo realizando simulaciones numricas y analgicas en investigaciones tericas y experimentales.

Cada fenmeno es usualmente investigado en un sistema fsico especfico.

Uno de esos sistemas fsicos es un sistema electrnico biestable basado en un diodo tnel.

En un sistema como este se hace la investigacin sobre la resonancia estocstica, la activacin resonante y la de ruido de estabilidad mejorada.

3EL SISTEMA FSICOSe utiliza el diodo tnel (diodo Esaki)

Fue descubierto por un estudiante de investigacin llamado Leo Esaki en 1958 mientras investigaba las propiedades del Germanio.

4EL SISTEMA FSICO-Cuando seaplicauna pequea tensin, eldiodo tnelempieza a conducir (lacorrienteempieza a fluir).- Si se sigue aumentando esta tensin la corriente aumentar hasta llegar un punto despus del cual la corriente disminuye.- La corriente continuar disminuyendo hasta llegar al punto mnimo de un "valle" y ....- Despus volver a incrementarse. En esta ocasin la corriente continuar aumentando conforme aumenta la tensin.

5EL SISTEMA FSICOEL EFECTO TNEL

6EL SISTEMA FSICOUn circuito constituido por un diodo tnel en serie con un resistor constituye un sistema biestable simple.

Un biestable, tambin llamado bscula (flip-flop en ingls), es un multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en el contrario durante un tiempo indefinido. Esta caracterstica es ampliamente utilizada en electrnica digital para memorizar informacin.

En electrnica, un multivibrador es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Segn su funcionamiento.

7EL SISTEMA FSICOEl estado fsico asociado al estado estable o inestable puede ser cambiado por la variacin de la polarizacin de la tensin aplicada al circuito serie del resistor y el diodo tnel.

Este sistema fsico est descrito por una ecuacin diferencial equivalente a la parte determinstica de la ecuacin de Langevin describiendo una partcula sobreamortiguada.

Cuando el diodo est en uno de sus estados estables, las variaciones en el voltaje aplicado Vb o la presencia de ruido lleva al diodo a la estabilidad marginal B y hacer una transicin al otro estado estable. El estado A y C se pueden considerar como estados de estabilidad local separadas por una barrera U.

8EL SISTEMA FSICO9EL SISTEMA FSICO10EL SISTEMA FSICO11EL SISTEMA FSICO12RESONANCIA ESTOCSTICAUn sistema no lineal es aquel en el cual no existe relacin lineal entre la entrada y la salida de ste.

Un ejemplo claro de este tipo de sistema es un comparador, en el cual su salida es positiva si la entrada supera cierto umbral y es negativa en el caso contrario.

13RESONANCIA ESTOCSTICALa resonancia estocstica (SR) se dice comnmente que ocurre cuando una seal peridica dbil en un sistema no lineal se ve reforzada por un aumento de la intensidad del ruido.

La observacin habitual es que la amplitud de la seal aumenta con el aumento de ruido.

Por lo tanto, el comportamiento general es algo similar a una curva de resonancia convencional, pero el trazado de la respuesta como una funcin de la intensidad del ruido en vez de la frecuencia.14RESONANCIA ESTOCSTICAEn los sistemas no lineales el ruido existente en el medio puede favorecer a las seales dbiles, seales con amplitud mxima por debajo de un determinado umbral de percepcin, para obtener seales que superen dicho umbral, siendo as percibidas a la salida del sistema.

La probabilidad de que la seal sea detectada con ayuda del ruido externo, aumenta en los instantes de tiempo en que dicha seal dbil alcanza sus valores mximos.

Esta es una explicacin simplificada del fenmeno conocido como resonancia estocstica.

Se llama resonancia al fenmeno en el cual una cierto rango de magnitud de ruido existente en un sistema ayuda a que una seal dbil sea identificada en dicho sistema.15RESONANCIA ESTOCSTICA16RESONANCIA ESTOCSTICAPara realizar las mediciones, se puede variar la amplitud y la frecuencia de la seal determinstica y la amplitud de la seal de ruido.

Se investiga la resonancia estocstica como una funcin de la amplitud de ruido, manteniendo constante la amplitud de la frecuencia, o sea, la correlacin de tiempo de ruido y la frecuencia de la seal modulada.

17RESONANCIA ESTOCSTICA

18RESONANCIA ESTOCSTICA19ACTIVACIN RESONANTE20METAESTABILIDADLametaestabilidades la propiedad que un sistema con varios estados deequilibrio, tiene de exhibir, durante un considerable perodo de tiempo, un estado deequilibriodbilmente estable. Sin embargo, bajo la accin de perturbaciones externas (a veces no fcilmente detectables) dichos sistemas exhiben una evolucin temporal hacia un estado de equilibrio fuertemente estableSi representamos un sistema fsico-qumico por su energa potencial, un estado metaestable estar caracterizado por un estado que corresponde a un pseudo-mnimo de energa. Para que el sistema pueda alcanzar el estado de energa mnima que corresponde al estado de equilibrio termodinmico, es necesario suministrarle una cantidad de energa llamadaenerga de activacin.

21ACTIVACIN RESONANTE22ACTIVACIN RESONANTE23ACTIVACIN RESONANTE24ACTIVACIN RESONANTE

25ACTIVACIN RESONANTELa activacin resonante se observa experimentalmente a pesar del hecho que en la imitacin de ruido Gaussiano la presencia de temperatura es coloreada a pesar de ser blanca.

En la opinin de los autores, los resultados muestran que el fenmeno de activacin resonante es bastante robusta y puede ser observado en una variedad de sistemas fsicos.

26ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDOEn este fenmeno, un sistema metaestable es fuertemente modulado por una seal determinstica en la presencia de una cantidad finita de ruido.

Dos regmenes principales estn presentes en la ausencia de los ruidos:Un rgimen general estable: en el cual el voltaje (o la posicin de la partcula en la contraparte mecnica) permanece confinada entre dos valores y est localizada dentro del pozo de potencial generalizado asociado;Un rgimen general inestable: en el cual el voltaje o la partcula (caracterizado al tiempo t = 0 dado por una condicin inicial) sale del pozo de potencial en un momento dado.

27ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDOEn la presencia de ruido el rgimen general estable es metaestable, la estabilidad del sistema es mayor para valores bajos de ruido.

Por otro lado, en el rgimen general inestable la estabilidad del sistema es una funcin no montona de la amplitud del ruido.

Especficamente, podra existir una regin en la cual una cantidad finita de ruido incrementa la estabilidad del sistema determinsticamente inestable.

28ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDO

29ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDOLa curva superior se refiere al rgimen general estable.La curva de abajo se refiere al rgimen general inestable.El rea discontinua refiere dnde EMR se observa.La lnea a trazos muestra el comportamiento a escala de un sistema en su estado marginal (por ejemplo para un sistema con pozo de potencial insignificantemente pequeo.

30ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDO

31ESTABILIDAD MEJORADA POR RUIDO32CONCLUSINESLos fenmenos observados en los sistemas biestables y metaestables con ruido son : resonancia estocstica, activacin resonante y estabilidad mejorada por ruido.

Adems, el conocimiento ptimo de las caractersticas del ruido est desempeando un papel crucial creciente en el desarrollo de nuevas familias de circuitos integrados aplicados a frecuencias de microondas y utilizados en sistemas de comunicacin.

Una red electrnica biestable basada en el diodo tnel es adecuado para investigaciones experimentales del fenmeno de ruido inducido.33FIN

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