Tepelný šum

Definice

Tepelný šum, známý také jako Johnson-Nyquistův šum, je elektrický šum způsobený náhodným tepelným pohybem nosičů náboje ve vodiči nebo rezistoru. Vzniká nezávisle na vnějších zdrojích napětí a je základní vlastností všech elektrických součástek při teplotách nad absolutní nulou.

Původ

Neustálý tepelný pohyb elektronů způsobuje malé kolísání napětí, které lze měřit jako šumový signál. Vyšší teploty vedou k silnějšímu šumu.

Matematický popis

Efektivní šumové napětí _VRMS na rezistoru R je popsáno následujícím vzorcem:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

_kB: Boltzmannova konstanta (1,38 × ^10-23 J/K)
T: teplota (Kelvin)
R: odpor (Ohm)
Δf: šířka frekvenčního pásma (Hertz)

Vlastnosti

Širokopásmové: Rozloženo v širokém frekvenčním spektru (bílý šum).
Závislost na teplotě: Zvyšující se teplota zvyšuje šum.
Nevyhnutelný: Je součástí základní charakteristiky elektronických systémů.

Technický význam

Teplotní šum stanovuje základní hranici citlivosti zesilovačů:

Zesilovače
Snímače
Rádiové přijímače
Lékařské přístroje (např. EEG, EKG)

Odlišení od jiných typů šumu

Výstřelový šum: Vzniká z diskrétních přenosů náboje.
šum 1/f: Zvyšuje se při nízkých frekvencích.
Kvantifikační šum: Vzniká při digitalizaci analogových signálů.

Shrnutí

Tepelný šum je nevyhnutelná, teplotně závislá forma elektrického šumu, která určuje výkonnostní limity elektronických systémů.