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Rumore termico
Rumore termico
Definizione
Il rumore termico, noto anche come rumore di Johnson-Nyquist, è un rumore elettrico causato dal movimento termico casuale dei portatori di carica in un conduttore o in un resistore. Si verifica indipendentemente da fonti di tensione esterne ed è una proprietà fondamentale di tutti i componenti elettrici a temperature superiori allo zero assoluto.
Origine
Il costante movimento termico degli elettroni provoca piccole fluttuazioni di tensione che possono essere misurate come un segnale di rumore. Temperature più elevate portano a un rumore più forte.
Descrizione matematica
La tensione di rumore effettiva VRMS attraverso un resistore R è descritta dalla seguente formula:
VRMS=√(4kB T R Δf)
- kB: costante di Boltzmann (1,38 × 10-23 J/K)
- T: Temperatura (Kelvin)
- R: Resistenza (Ohm)
- Δf: Larghezza di banda di frequenza (Hertz)
Proprietà
- A banda larga: Distribuito su un ampio spettro di frequenze (rumore bianco).
- Dipendente dalla temperatura: L'aumento della temperatura aumenta il rumore.
- Inevitabile: Fa parte delle caratteristiche di base dei sistemi elettronici.
Importanza tecnica
Il rumore termico stabilisce un limite fondamentale per la sensibilità degli amplificatori:
- Amplificatori
- Sensori
- Ricevitori radio
- Dispositivi medici (es. EEG, ECG)
Differenziazione da altri tipi di rumore
- Rumore di tipo Shot: Nasce dal trasporto discreto di cariche.
- rumore 1/f: Aumenta alle basse frequenze.
- Rumore di quantizzazione: Si verifica quando i segnali analogici vengono digitalizzati.
Riassunto
Il rumore termico è una forma di rumore elettrico inevitabile e dipendente dalla temperatura che determina i limiti delle prestazioni dei sistemi elettronici.