Нежелательные случайные колебания в электрическом сигнале.Электрический шум — это нежелательные случайные колебания напряжения или тока, накладывающиеся на полезный сигнал. Он является фундаментальным ограничением во всех электронных системах, от аудиоусилителей до квантовых датчиков. Шум может скрывать слабые сигналы, искажать данные и устанавливать предел точности измерений. В физических экспериментах различение истинного сигнала и шума часто является центральной задачей, особенно при измерении крошечных эффектов, таких как одиночные фотоны или атомные переходы.
Первое количественное описание теплового шума было дано Джоном Б. Джонсоном в 1926 году, а Гарри Найквист в том же году предоставил теоретическое объяснение. Дробовой шум был предсказан Вальтером Шоттки в 1918 году.
Шум возникает из нескольких физических источников. Тепловой шум (Джонсона–Найквиста) возникает из-за случайного теплового движения носителей заряда в проводнике и увеличивается с температурой и сопротивлением. Дробовой шум является следствием дискретной природы электрического заряда и проявляется как случайные флуктуации тока, когда электроны прибывают в случайные моменты времени. Фликкер-шум (1/f шум) доминирует на низких частотах и связан с дефектами материала. Эти флуктуации по своей природе случайны, поэтому их нельзя точно предсказать, а можно лишь охарактеризовать статистически (например, через спектральную плотность мощности).
Инженеры разрабатывают малошумящие усилители и используют такие методы, как усреднение сигнала и синхронное детектирование, для извлечения сигналов, скрытых в шуме, что необходимо в медицинской визуализации (ЭКГ, ЭЭГ), радиоастрономии и в прецизионных атомных часах.
Даже при абсолютном нуле температуры квантовые флуктуации нулевой точки означают, что электрический шум никогда полностью не исчезает — этот предел известен как квантовый шумовой порог.
Статей пока нет