Ruído térmico

Definição

O ruído térmico, também conhecido como ruído Johnson-Nyquist, é um ruído elétrico causado pelo movimento térmico aleatório dos portadores de carga num condutor ou numa resistência. Ocorre independentemente de fontes de tensão externas e é uma propriedade fundamental de todos os componentes eléctricos a temperaturas acima do zero absoluto.

Origem

O movimento térmico constante dos electrões provoca pequenas flutuações de tensão que podem ser medidas como um sinal de ruído. Temperaturas mais elevadas conduzem a um ruído mais forte.

Descrição matemática

A tensão de ruído efectiva _VRMS através de uma resistência R é descrita pela seguinte fórmula:

_VRMS=_√(4kB T R Δf)

_kB: Constante de Boltzmann (1,38 × ^10-23 J/K)
T: Temperatura (Kelvin)
R: Resistência (Ohm)
Δf: Largura de banda de frequência (Hertz)

Propriedades

Banda larga: Distribuída por um amplo espetro de frequências (ruído branco).
Depende da temperatura: O aumento da temperatura aumenta o ruído.
Inevitável: Faz parte das caraterísticas básicas dos sistemas electrónicos.

Significado técnico

O ruído térmico estabelece um limite fundamental para a sensibilidade dos amplificadores:

Amplificadores
Sensores
Receptores de rádio
Dispositivos médicos (por exemplo, EEG, ECG)

Diferenciação de outros tipos de ruído

Ruído de disparo: Resulta de transportes discretos de carga.
ruído 1/f: Aumenta a baixas frequências.
Ruído de quantificação: Ocorre quando os sinais analógicos são digitalizados.

Resumo

O ruído térmico é uma forma inevitável de ruído elétrico, dependente da temperatura, que determina os limites de desempenho dos sistemas electrónicos.