Termisk støj

Definition

Termisk støj, også kendt som Johnson-Nyquist-støj, er elektrisk støj forårsaget af den tilfældige termiske bevægelse af ladningsbærere i en leder eller modstand. Den opstår uafhængigt af eksterne spændingskilder og er en grundlæggende egenskab ved alle elektriske komponenter ved temperaturer over det absolutte nulpunkt.

Oprindelse

Elektronernes konstante termiske bevægelse forårsager små spændingsudsving, der kan måles som et støjsignal. Højere temperaturer fører til stærkere støj.

Matematisk beskrivelse

Den effektive støjspænding _VRMS over en modstand R beskrives med følgende formel:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

_kB: Boltzmann-konstant (1,38 × ^10-23 J/K)
T: Temperatur (Kelvin)
R: Modstand (Ohm)
Δf: Frekvensbåndbredde (Hertz)

Egenskaber

Bredbånd: Fordelt over et stort frekvensspektrum (hvid støj).
Temperaturafhængig: Stigende temperatur øger støjen.
Uundgåelig: Er en del af de grundlæggende egenskaber ved elektroniske systemer.

Teknisk betydning

Termisk støj sætter en grundlæggende grænse for forstærkeres følsomhed:

Forstærkere
Sensorer
Radiomodtagere
Medicinsk udstyr (f.eks. EEG, EKG)

Differentiering fra andre typer støj

Shot noise: Opstår fra diskrete ladningstransporter.
1/f-støj: Øges ved lave frekvenser.
Kvantiseringsstøj: Opstår, når analoge signaler digitaliseres.

Sammenfatning

Termisk støj er en uundgåelig, temperaturafhængig form for elektrisk støj, som bestemmer grænserne for elektroniske systemers ydeevne.