Tepelný hluk

Definícia

Tepelný šum, známy aj ako Johnson-Nyquistov šum, je elektrický šum spôsobený náhodným tepelným pohybom nosičov náboja vo vodiči alebo v rezistore. Vyskytuje sa nezávisle od vonkajších zdrojov napätia a je základnou vlastnosťou všetkých elektrických komponentov pri teplotách nad absolútnou nulou.

Pôvod

Neustály tepelný pohyb elektrónov spôsobuje malé kolísanie napätia, ktoré možno merať ako šumový signál. Vyššie teploty vedú k silnejšiemu šumu.

Matematický opis

Efektívne šumové napätie _VRMS na rezistore R je opísané týmto vzorcom:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

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

Vlastnosti

Širokopásmové: Rozložené vo veľkom frekvenčnom spektre (biely šum).
Závislosť od teploty: Zvyšujúca sa teplota zvyšuje šum.
Nevyhnutný: Je súčasťou základnej charakteristiky elektronických systémov.

Technický význam

Tepelný šum stanovuje základnú hranicu citlivosti zosilňovačov:

Zosilňovače
Snímače
Rádiové prijímače
Lekárske prístroje (napr. EEG, EKG)

Odlíšenie od iných typov šumu

Šum pri výstrele: Vzniká pri diskrétnom prenose náboja.
šum 1/f: Zvyšuje sa pri nízkych frekvenciách.
Kvantitatívny šum: Vzniká pri digitalizácii analógových signálov.

Zhrnutie

Tepelný šum je nevyhnutná, teplotne závislá forma elektrického šumu, ktorá určuje výkonnostné limity elektronických systémov.