Тепловой шум

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

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

История[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Тепловой шум возникает в любом проводнике электрического тока, обладающим активным сопротивлением, и связан с хаотичным движением подвижных носителей заряда, в результате которого на концах проводника появляются флуктуации напряжения. Реактивные сопротивления — емкости и индуктивности — не могут быть источниками теплового шума[4].

Напряжение[править | править вики-текст]

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

где постоянная Больцмана, — полоса частот, в которой проводятся измерения.

Спектральная плотность мощности[править | править вики-текст]

Спектральная плотность теплового шума

не зависит от частоты, поэтому тепловой шум можно рассматривать в широком диапазоне частот как белый шум. Спектральная плотность остаётся постоянной вплоть до частоты

где постоянная Планка.

При температуре 300 К

Гц.

Интенсивность[править | править вики-текст]

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

Гц.

Примечания[править | править вики-текст]

  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
  4. 8.1.ТЕПЛОВОЙ ШУМ (ru-ru). www.webpoliteh.ru. Проверено 23 января 2017.

Литература[править | править вики-текст]

  • 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, 1988. — С. 262. — 479 с ил. с.