Szum termiczny (ang. thermal noise) – zakłócenia wszelkich sygnałów elektrycznych wywoływane zjawiskami termicznymi w ciałach stałych (metalach, półprzewodnikach) i gazach. Za ich powstawanie odpowiada ruch elektronów swobodnych oraz ich oddziaływanie z drgającymi jonami w sieci krystalicznej materiału. Szumy termiczne występują w każdym oporniku niezależnie od technologii wykonania i składu chemicznego.
Historia Szum termiczny został po raz pierwszy zmierzony przez Johna B. Johnsona w Bell Labs w 1928 rokuJ. Johnson, "Thermal Agitation of Electricity in Conductors", Phys. Rev. 32, 97 (1928) – eksperyment. Swoje odkrycie opisał on Harry'emu Nyquistowi (pracującemu również w Bell Labs), który potrafił wyjaśnić wyniki i opisał je za pomocą wzoru na wartość średniokwadratową napięcia szumu termicznego na zaciskach opornika:H. Nyquist, "Thermal Agitation of Electric Charge in Conductors", Phys. Rev. 32, 110 (1928) – teoria (wzór Johnsona-Nyquista) gdzie: – rezystancja w omach – pasmo częstotliwości szumu, – stała Boltzmanna = 1,380658(12) · 10-23 J·K-1, – temperatura w K.
Moc szumu termicznego
gdzie: – moc szumu termicznego wyrażona w watach, Z powyższego wzoru wynika, że moc szumu termicznego nie zależy od rezystancji opornika generującej szum.
Główne właściwości szumu termicznego jego występowanie dotyczy oporników, jest skutkiem pobudzenia termicznego elektronów, jego rozkład widmowy jest równomierny (przybliżenie poprawne w zakresie od 0 do ok. 1013 Hz), jego moc jest proporcjonalna do temperatury i szerokości pasma.
Widmowa gęstość szumu Dla danej częstotliwości widmowa gęstość szumu opisana jest wzorem: i wyrażana jest w
Szum termiczny w decybelach W telekomunikacji moc zwykle podawana jest w decybelach w stosunku do 1 mW (dBm) przy założeniu oporności obciążenia równej 50 omów. Stosując taką konwencję, szum termiczny w temperaturze pokojowej można wyrazić wzorem:
gdzie P jest wyrażona w dBm.
Przykłady: {| class="wikitable" ! Szer. pasma !! Moc!! Uwagi |- | 1 Hz || −174 dBm || |- | 10 Hz || −164 dBm || |- | 1000 Hz || −144 dBm || |- | 10 kHz || −134 dBm || kanał stereo UKF |- | 1 MHz || −114 dBm || |- | 2 MHz || −111 dBm || kanał GPS |- | 6 MHz || −106 dBm || kanał telewizji analogowej |- | 20 MHz || −101 dBm || kanał WLAN 802.11
Przypisy
Termiczny Kategoria:Mechanika statystyczna Kategoria:Elektrotechnika