Топлинен шум

Определение за термичен шум

Термичният шум, известен също като шум на Джонсън-Никвист, е електрически шум, причинен от случайното топлинно движение на носителите на заряд в проводник или резистор. Той възниква независимо от външни източници на напрежение и е основно свойство на всички електрически компоненти при температури над абсолютната нула.

Произход

Постоянното топлинно движение на електроните предизвиква малки колебания на напрежението, които могат да бъдат измерени като шумов сигнал. По-високите температури водят до по-силен шум.

Математическо описание

Ефективното шумово напрежение _VRMS върху резистор R се описва със следната формула:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

_kB: константа на Болцман (1,38 × ^10-23 J/K)
T: температура (по Келвин)
R: Съпротивление (Ом)
Δf: честотна лента (херц)

Свойства

Широколентов: Разпределен в голям честотен спектър (бял шум).
Температурно зависим: Повишаването на температурата увеличава шума.
Неизбежен: Той е част от основната характеристика на електронните системи.

Техническа значимост

Топлинният шум определя основната граница на чувствителността на усилвателите:

Усилватели
Сензори
Радиоприемници
Медицински устройства (напр. ЕЕГ, ЕКГ)

Разграничаване от други видове шум

Шум от изстрел: Възниква от дискретни преноси на заряди.
1/f шум: Увеличава се при ниски честоти.
Шум от квантуване: Възниква, когато аналоговите сигнали се цифровизират.

Обобщение

Топлинният шум е неизбежна, температурно зависима форма на електрически шум, която определя границите на работа на електронните системи.