Тепловий шум (або джонсонівський) — рівноважний шум, обумовлений тепловим рухом носіїв заряду в провіднику, в результаті чого на кінцях провідника виникає флуктуаційна різниця потенціалів.
Історія
У 1928 у Джон Б. Джонсон вперше експериментально встановив закономірності цього виду шуму в Bell Labs. Потім він описав своє відкриття Гаррі Найквісту, який зміг пояснити отримані результати.
Виникнення
Тепловий шум виникає в будь-якому провіднику електричного струму і пов'язаний з хаотичним рухом рухомих носіїв заряду, у результаті якого на контактах зразка з'являються флуктуації напруги. Реактивні кола не мають теплового шуму.
Напруга
Середній квадрат напруги цього шуму залежить тільки від активного опору і температури зразка і може бути розрахований за формулою Найквіста:
де — стала Больцмана, — смуга частот, в який проводиться вимір.
Спектральна густина потужності
Спектральна густина теплового шуму:
не залежить від частоти, тому тепловий шум можна розглядати в широкому діапазоні частот як білий шум, і залишається постійною аж до частоти:
де — стала Планка.
При 300 К
Гц.
Інтенсивність
У металах через велику концентрацію електронів провідності і малу довжину вільного пробігу теплові швидкості електронів у багато разів перевершують швидкість спрямованого руху в електричному полі (швидкість дрейфу). Тому інтенсивність теплових шумів не залежить ні від прикладеної напруги, ні від струму, ні від частоти (а тільки від ширини смуги частот, в якій відбувається вимір шумів). При кімнатній температурі інтенсивність на одиничний інтервал частот залишається постійною до
Гц.
Див. також
Посилання
- в зарубіжній літературі
- J. Johnson, "Thermal Agitation of Electricity in Conductors", Phys. Rev. 32, 97 (1928)
- H. Nyquist, "Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors", Phys. Rev. 32, 110 (1928)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Teplovij shum abo dzhonsonivskij rivnovazhnij shum obumovlenij teplovim ruhom nosiyiv zaryadu v providniku v rezultati chogo na kincyah providnika vinikaye fluktuacijna riznicya potencialiv IstoriyaU 1928 u Dzhon B Dzhonson vpershe eksperimentalno vstanoviv zakonomirnosti cogo vidu shumu v Bell Labs Potim vin opisav svoye vidkrittya Garri Najkvistu yakij zmig poyasniti otrimani rezultati ViniknennyaTeplovij shum vinikaye v bud yakomu providniku elektrichnogo strumu i pov yazanij z haotichnim ruhom ruhomih nosiyiv zaryadu u rezultati yakogo na kontaktah zrazka z yavlyayutsya fluktuaciyi naprugi Reaktivni kola ne mayut teplovogo shumu NaprugaSerednij kvadrat naprugi cogo shumu zalezhit tilki vid aktivnogo oporu R displaystyle R i temperaturi T displaystyle T zrazka i mozhe buti rozrahovanij za formuloyu Najkvista e t 2 4 k T 2 p w 1 w 2 R e Z j w d w Z R 4 k T R D f displaystyle overline e t 2 4kT over 2 pi int w 1 w 2 Re Z jw dw mid Z R 4kTR Delta f de k displaystyle k stala Bolcmana D f displaystyle Delta f smuga chastot v yakij provoditsya vimir Spektralna gustina potuzhnostiSpektralna gustina teplovogo shumu S f e t 2 D f 4 k T R displaystyle S f overline e t 2 over Delta f 4kTR ne zalezhit vid chastoti tomu teplovij shum mozhna rozglyadati v shirokomu diapazoni chastot yak bilij shum i zalishayetsya postijnoyu azh do chastoti f m k T 2 p ℏ displaystyle f m kT 2 pi hbar de ℏ displaystyle hbar stala Planka Pri 300 K f m 6 10 12 displaystyle f m approx 6 cdot 10 12 Gc IntensivnistU metalah cherez veliku koncentraciyu elektroniv providnosti i malu dovzhinu vilnogo probigu teplovi shvidkosti elektroniv u bagato raziv perevershuyut shvidkist spryamovanogo ruhu v elektrichnomu poli shvidkist drejfu Tomu intensivnist teplovih shumiv ne zalezhit ni vid prikladenoyi naprugi ni vid strumu ni vid chastoti a tilki vid shirini smugi chastot v yakij vidbuvayetsya vimir shumiv Pri kimnatnij temperaturi intensivnist na odinichnij interval chastot zalishayetsya postijnoyu do f m 10 12 displaystyle f m thicksim 10 12 Gc Div takozhtermichnij shumPosilannyav zarubizhnij literaturi J Johnson Thermal Agitation of Electricity in Conductors Phys Rev 32 97 1928 H Nyquist Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors Phys Rev 32 110 1928