Θερμικός θόρυβος

Ορισμός

Ο θερμικός θόρυβος, επίσης γνωστός ως θόρυβος Johnson-Nyquist, είναι ηλεκτρικός θόρυβος που προκαλείται από την τυχαία θερμική κίνηση φορέων φορτίου σε έναν αγωγό ή αντίσταση. Εμφανίζεται ανεξάρτητα από εξωτερικές πηγές τάσης και αποτελεί θεμελιώδη ιδιότητα όλων των ηλεκτρικών στοιχείων σε θερμοκρασίες άνω του απόλυτου μηδενός.

Προέλευση

Η συνεχής θερμική κίνηση των ηλεκτρονίων προκαλεί μικρές διακυμάνσεις τάσης που μπορούν να μετρηθούν ως σήμα θορύβου. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν σε ισχυρότερο θόρυβο.

Μαθηματική περιγραφή

Η πραγματική τάση θορύβου _VRMS σε μια αντίσταση R περιγράφεται από τον ακόλουθο τύπο:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

_kB: σταθερά Boltzmann (1,38 × ^10-23 J/K)
T: θερμοκρασία (Kelvin)
R: αντίσταση (Ω)
Δf: εύρος ζώνης συχνότητας (Hertz)

Ιδιότητες

Ευρυζωνικότητα: Κατανεμημένη σε μεγάλο φάσμα συχνοτήτων (λευκός θόρυβος).
Εξαρτώμενος από τη θερμοκρασία: Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει το θόρυβο.
Αναπόφευκτος: Αποτελεί μέρος του βασικού χαρακτηριστικού των ηλεκτρονικών συστημάτων.

Τεχνική σημασία

Ο θερμικός θόρυβος θέτει ένα θεμελιώδες όριο για την ευαισθησία των ενισχυτών:

Ενισχυτές
Αισθητήρες
Ραδιοφωνικοί δέκτες
Ιατρικές συσκευές (π.χ. ΗΕΓ, ΗΚΓ)

Διαφοροποίηση από άλλους τύπους θορύβου

Θόρυβος πυροβολισμών: Προκύπτει από διακριτές μεταφορές φορτίου.
θόρυβος 1/f: Αυξάνεται σε χαμηλές συχνότητες.
Θόρυβος ποσοτικοποίησης: Εμφανίζεται κατά την ψηφιοποίηση αναλογικών σημάτων.

Σύνοψη

Ο θερμικός θόρυβος είναι μια αναπόφευκτη, εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία μορφή ηλεκτρικού θορύβου που καθορίζει τα όρια απόδοσης των ηλεκτρονικών συστημάτων.