Szum termiczny

Definicja szumu termicznego

Szum termiczny, znany również jako szum Johnsona-Nyquista, to szum elektryczny spowodowany losowym ruchem termicznym nośników ładunku w przewodniku lub rezystorze. Występuje niezależnie od zewnętrznych źródeł napięcia i jest podstawową właściwością wszystkich komponentów elektrycznych w temperaturach powyżej zera bezwzględnego.

Pochodzenie

Ciągły ruch termiczny elektronów powoduje niewielkie wahania napięcia, które mogą być mierzone jako sygnał szumu. Wyższe temperatury prowadzą do silniejszego szumu.

Opis matematyczny

Efektywne napięcie szumu _VRMS na rezystorze R jest opisane następującym wzorem:

_VRMS=_√(4kB T R Δf)

_kB: stała Boltzmanna (1,38 × ^10-23 J/K)
T: Temperatura (Kelwin)
R: Rezystancja (Ohm)
Δf: Szerokość pasma częstotliwości (herc)

Właściwości

Szerokopasmowy: Rozproszony w szerokim spektrum częstotliwości (biały szum).
Zależnyod temperatury: Wzrost temperatury zwiększa szum.
Nieunikniony: Jest częścią podstawowej charakterystyki systemów elektronicznych.

Znaczenie techniczne

Szum termiczny wyznacza podstawowy limit czułości wzmacniaczy:

Wzmacniacze
Czujniki
Odbiorniki radiowe
Urządzenia medyczne (np. EEG, EKG)

Odróżnianie od innych rodzajów szumów

Szum wystrzału: Powstaje w wyniku dyskretnego transportu ładunku.
szum 1/f: Wzrasta przy niskich częstotliwościach.
Szum kwantyzacji: Występuje, gdy sygnały analogowe są digitalizowane.

Podsumowanie

Szum termiczny jest nieuniknioną, zależną od temperatury formą szumu elektrycznego, która określa granice wydajności systemów elektronicznych.