Termalni šum

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Toplotni šum (ili Johnsonov [1] ) je ravnotežni šum uzrokovan toplinskim kretanjem nosilaca naboja u vodiču , što rezultira fluktuirajućom razlikom potencijala na krajevima vodiča.

Priča

Godine 1928. John B. Johnson je prvi eksperimentalno ustanovio zakone ove vrste buke u Bell Labs-u [2] . Zatim je svoje otkriće opisao Harryju Nyquistu , koji je mogao objasniti rezultate [3] .

Pojava

Toplinski šum se javlja u bilo kojem vodiču električne struje koji ima aktivni otpor, a povezan je s kaotičnim kretanjem mobilnih nositelja naboja, zbog čega se na krajevima vodiča pojavljuju fluktuacije napona. Reaktivni otpori – kapaciteti i induktivnosti – ne mogu biti izvor termičkog šuma [4] .

U metalima, zbog velike koncentracije elektrona provodljivosti i malog slobodnog puta, toplinska brzina elektrona je višestruko veća od brzine usmjerenog kretanja u električnom polju (brzina drifta). Dakle , snaga termičkog šuma ne zavisi od primijenjenog napona, niti od struje, niti od frekvencije (već samo od frekvencijskog pojasa u kojem se mjeri šum).

voltaža

Srednji kvadrat napona toplotnog šuma zavisi samo od otpora provodnika i apsolutnu temperaturu provodnika i može se izračunati korištenjem Nyquistove formule :

gdje - Boltzmannova konstanta , - frekvencijski opseg u kojem se mjerenja vrše.

Spektralna gustina snage

Spektralna gustina elektromotorne sile buke [5] [6] (dimenzije B 2 · c ):

gdje - Boltzmannova konstanta , - apsolutnu temperaturu provodnika, - aktivni otpor provodnika, - Plankova konstanta , - frekvencija.

U frekvencijskom opsegu za koji je nejednakost , spektralna gustina se može smatrati konstantnom i nezavisnom od frekvencije:

Stoga se termalni šum može smatrati u širokom frekventnom rasponu bijelim šumom do frekvencije reda veličine:

Na sobnoj temperaturi (300 K):

Hz [7] .

Bilješke (uredi)

  1. u stranoj literaturi
  2. J. Johnson, "Thermal Agitation of Electricity in Conductors," Phys. Rev. 32, 97 (1928) - eksperiment
  3. H. Nyquist, "Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors," Phys. Rev. 32, 110 (1928) - teorija
  4. 8.1 THERMAL NOISE (veza nedostupna) . www.webpoliteh.ru. Pristupljeno 23. januara 2017. Arhivirano 2. februara 2017.
  5. Van der Ziel A. Noise. Izvori, opis, mjerenje. - M.: Sovjetski radio , 1973.-- Str. 50
  6. Tikhonov V.I. Statistička radiotehnika. - M.: Sovjetski radio , 1966. - Str. 103
  7. Zhalud V., Kuleshov V. N. Buka u poluvodičkim uređajima. - M.: Sovjetski radio , 1977. - P. 24

Književnost