Termiskt brus

Definition av termiskt brus

Termiskt brus, även känt som Johnson-Nyquist-brus, är elektriskt brus som orsakas av slumpmässig termisk rörelse av laddningsbärare i en ledare eller ett motstånd. Det uppstår oberoende av externa spänningskällor och är en grundläggande egenskap hos alla elektriska komponenter vid temperaturer över den absoluta nollpunkten.

Ursprung

Elektronernas ständiga termiska rörelse orsakar små spänningsfluktuationer som kan mätas som en brusande signal. Högre temperaturer leder till starkare brus.

Matematisk beskrivning

Den effektiva brusspänningen _VRMS över ett motstånd R beskrivs med följande formel:

_VRMS=√_(4kB T R Δf)

_kB: Boltzmannkonstanten (1,38 × ^10-23 J/K)
T: Temperatur (Kelvin)
R: Resistans (Ohm)
Δf: Frekvensbandbredd (Hertz)

Egenskaper

Bredbandigt: Fördelat över ett stort frekvensspektrum (vitt brus).
Temperaturberoende: Ökande temperatur ökar bruset.
Oundvikligt: Är en del av de grundläggande egenskaperna hos elektroniska system.

Teknisk betydelse

Termiskt brus sätter en grundläggande gräns för förstärkares känslighet:

Förstärkare
Sensorer
Radiomottagare
Medicinteknisk utrustning (t.ex. EEG, EKG)

Distinktion från andra typer av brus

Shot noise: Uppstår från diskreta laddningstransporter.
1/f-brus: Ökar vid låga frekvenser.
Kvantiseringsbrus: Uppstår när analoga signaler digitaliseras.

Sammanfattning

Termiskt brus är en oundviklig, temperaturberoende form av elektriskt brus som bestämmer prestandagränserna för elektroniska system.