Физика возникновения шумов

К предметам, проводящим ток можно отнести металлы и полупроводники. Кроме того, существует целый ряд сред, имеющих проводимость другого типа, например ионную, плазменную и др. Эти предметы и среды являются источниками электрических шумов, имеющих тепловую причину. Так, в металлах причиной электрических шумов является спонтанное перемещение электронов. При этом образуется пуассоновский поток электрических квантов сверхмалой длительности τ_кв ≡ 10^-18с, как показано на рис. 1.1.

рис. 1.2. Характеристики тепловых электрических шумов

 Спектр шумовых электрических квантов простирается далеко за области, где работают радиотехнические устройства. При общей мощности шумов р_∑ [Вт], спектральная плотность мощности шумового потока g(f) измеряется в Вт/Гц и может быть рассчитана через постоянную Больцмана к_б и условную температуру в градусах Кельвина Т_к. Соответственно, общая мощность рассчитывается интегрированием спектральной плотности мощности в пределах всей полосы шумов, а на мощность на выходе радиотехнического устройства р_ш – в пределах их частотной полосы пропускания ∆F.

G(f) = k_б Т_к ,  k_б = 1,38 10^-23 Т_к,   Т_к = 273+t^oC

                                                                _∞     

                                             р_∑  = ∫G(f)df,  р_ш = ∫G(f)df                    (1)

                                                     ^{о                ∆F}                                          

    где условный коэффициент радиотехнического устройства равен 1, k_б имеет размерность[Вт/ Гц Град].

Часто, в пределах одного радиотехнического устройства огибающая спектра шума мало изменяется. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Тогда говорят что это «белый шум», а спектральную плотность шума обозначают как n_ш² = G_ш(f). Квадрат проставлен для того, чтобы подчеркнуть, что речь идет о масштабе мощностей. Известно, что инженеры пользуясь спектр анализаторами, на экране мониторов видят спектр в масштабе напряжений. Тогда этот же показатель можно записать как  n_ш , а спектр напряжений, как U(f) [B/Гц]. Напоминаем, что на условной нагрузке 1 Ом, мощность и напряжение связаны так: p = u_эф² = σ_u². Здесь u_эф – эффективное значение напряжения, аσ_u² – дисперсия процесса, если речь идет о стохастических процессах.