Тепловой шум

Тепловой шум

Тепловой шум (или джонсоновский[1]) — равновесный шум, обусловленный тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов.

Содержание

История

В 1928 году Джон Б. Джонсон впервые экспериментально установил закономерности этого вида шума в Bell Labs.[2] Затем он описал своё открытие Гарри Найквисту, который смог объяснить полученные результаты.[3]

Возникновение

Тепловой шум возникает в любом проводнике электрического тока и связан с хаотичным движением подвижных носителей заряда, в результате которого на контактах образца появляются флуктуации напряжения. Реактивные цепи не имеют теплового шума.

Напряжение

Средний квадрат напряжения этого шума зависит только от активного сопротивления R и температуры T образца и может быть рассчитан по формуле Найквиста:

{{\overline{e_{t}^2}} = {4kT \over 2\pi}{\int_{w_1}^{w_2} {Re [Z(jw)] dw} \mid_{Z=R}} = 4kTR{\mathcal {4}}f},

где kпостоянная Больцмана, \mathcal {4}f — полоса частот, в которой проводятся измерения.

Спектральная плотность мощности

Спектральная плотность теплового шума

S_f = {{\overline{e_{t}^2}} \over {\mathcal {4}f}} = 4kTR

не зависит от частоты, поэтому его можно рассматривать в широком диапазоне частот как белый шум, и остаётся постоянной вплоть до частоты

f_m = kT / (2 {\pi} \hbar), где \hbarпостоянная Планка.

При 300 К

f_m \approx  6 \cdot 10^{12} Гц.

Интенсивность

В металлах из-за большой концентрации электронов проводимости и малой длины свободного пробега тепловые скорости электронов во много раз превосходят скорость направленного движения в электрическом поле (скорость дрейфа). Поэтому интенсивность тепловых шумов не зависит ни от приложенного напряжения, ни от тока, ни от частоты (а только от полосы частот, в которой происходит измерение шумов). При комнатной температуре интенсивность на единичный интервал частот остаётся постоянной до

f_m \thicksim 10^{12} Гц.

Примечания

  1. в зарубежной литературе
  2. J. Johnson, "Thermal Agitation of Electricity in Conductors", Phys. Rev. 32, 97 (1928) — эксперимент
  3. H. Nyquist, "Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors", Phys. Rev. 32, 110 (1928) — теория

Литература

  • Лебедев А. И. Физика полупроводниковых приборов. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. — С. 182. — 488 с. — 700 экз. — ISBN 978-5-9221-0995-6
  • Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. — М.: Высшая школа, 1987. — С. 262. — 479 с ил. с.



Wikimedia Foundation. 2010.

Поможем написать реферат

Полезное


Смотреть что такое "Тепловой шум" в других словарях:

  • тепловой шум — шум Джонсона Шум, возникающий в проводниках вследствие теплового движения носителей заряда. [ГОСТ 24453 80] тепловой шум Помехи, обусловленные тепловым движением электронов в преобразователе, входной цепи и первых каскадах усилителя. [Система… …   Справочник технического переводчика

  • ТЕПЛОВОЙ ШУМ — случайные изменения напряжения или тока в радиоэлектронных приборах, вызванные тепловым хаотическим движением электронов или ионов. См. Найквиста формула …   Большой Энциклопедический словарь

  • ТЕПЛОВОЙ ШУМ — флуктуационные токи и напряжения, обусловленные тепловым движением носителей заряда в проводниках. (см. ФЛУКТУАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 …   Физическая энциклопедия

  • Тепловой шум — 26. Тепловой шум Шум Джонсона Шум, возникающий в проводниках вследствие теплового движения носителей заряда Источник: ГОСТ 24453 80: Измерения параметров и характеристик …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • тепловой шум — случайные изменения напряжения или тока в радиоэлектронных приборах, вызванные тепловым хаотическим движением электронов или ионов. См. Найквиста формула. * * * ТЕПЛОВОЙ ШУМ ТЕПЛОВОЙ ШУМ, случайные изменения напряжения или тока в радиоэлектронных …   Энциклопедический словарь

  • тепловой шум — šiluminis triukšmas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Johnson noise; thermal agitation noise; thermal noise vok. thermisches Rauschen, n; Wärmegeräusch, n; Wärmerauschen, n rus. тепловой шум, m; шум теплового возбуждения, m pranc. bruit …   Fizikos terminų žodynas

  • тепловой шум — šiluminis triukšmas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. agitation noise; thermal noise vok. thermischer Rausch, m; Wärmegeräusch, n rus. тепловой шум, m pranc. bruit thermique, m …   Automatikos terminų žodynas

  • тепловой шум — šiluminis triukšmas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Atsitiktiniai elektros srovės stiprio ar įtampos pokyčiai bei atsitiktinė elektromagnetinių bangų spinduliuotė dėl atsitiktinio krūvininkų judėjimo (jų greičio… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • ТЕПЛОВОЙ ШУМ — флуктуации напряжения или силы тока в приборах, вызванные тепловым движением в проводниках или ПП носителей тока …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • ТЕПЛОВОЙ ШУМ — случайные изменения напряжения или тока в радиоэлектронных приборах, вызванные тепловым хаотич. движением электронов или ионов. См. Найквиста формула …   Естествознание. Энциклопедический словарь


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»