Тепловой шум (Джонсоновский шум)

Фундаментальные источники шумов.

Любой элемент электрической цепи генерирует на своих концах некото­рое случайное напряжение, которое обладает горизонтальным частотным спек­тром на всех частотах. Этот шум, плотность мощности которого одинакова на всех частотах, имеет статистическую природу и вызывается тепловыми флук­туациями скорости движения зарядов. Он обычно называется Джонсоновским шумом, по имени ученого, Б.Джносона, который экспериментально установил и описал явление, или шумом Найквиста - по имени ученого Г.Найквист, дав­шего теоретическое объяснение природы теплового шума.. Найквист также по­лучил уравнение – формулу Найквиста (1), которая определяет среднеквадра­тичное значение уровня теплового шума:

здесь: R – значение сопротивления (Ом), k – постоянная Больцмана, Т – абсо­лютная температура в градусах Кельвина, В – полоса частот в Гц.

Амплитуда теплового шума в каждый момент времени непредсказуема, но подчиняется закону нормального распределения (Гаусса). Поэтому тепловой шум еще называют белым шумом.

При комнатной температуре U_{ш, R} = 1,27.10^-4 R^1/2 мкВ/Гц^1/2 и в разомкну­той цепи на сопротивлении равном R = 10 кОм в полосе частот 10 кГц напря­жение шума будет примерно 1,3 мкВ

Существование теплового шума означает, что любой системе, имеющей некий механизм потерь энергии, а следовательно любом датчике и в любой электронной схеме, всегда присутствует этот вид шума и всегда существует нижняя граница уровня шумов, которая принципиально не может быть устра­нена. Т.е. точность любых измерений ограничена наличием теплового шума

Дата добавления: 2015-03-31