什麼是熱雜訊(強森雜訊)

因電阻中電子的熱運動而產生的雜訊。電壓的均方值為 4kTRΔf,與溫度、電阻值、頻寬成正比。

日文名稱: 熱雑音(ジョンソン雑音)

「熱雜訊(強森雜訊)」出現在2領域的4道練習題中(類比與電子電路, AD/DA轉換等)。

這個名詞所屬的領域: 類比與電子電路

練習熱雜訊(強森雜訊)的題目

下列哪一項是使電阻產生的熱雜訊(強森雜訊)電壓增大的正確因素?

  1. A電阻值大、溫度高、頻寬寬
  2. B電阻值小
  3. C溫度低
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正確答案:A. 電阻值大、溫度高、頻寬寬

熱雜訊電壓為 √(4kTRB),電阻越大、溫度越高、頻寬越寬就越大。作為參考,1 kΩ電阻在室溫下約為4 nV/√Hz,頻寬20 kHz時約為0.57 µVrms。降低電阻值並將頻寬限縮到必要的最小值是基本對策,在電波望遠鏡或量子電腦的讀出中,則將放大器冷卻到極低溫以減少雜訊。其特徵是即使沒有電流流過也會產生。

以開關與電容C對電壓取樣時,殘留在電容上的熱雜訊電壓(有效值),下列哪一項正確?(k:波茲曼常數,T:絕對溫度)

  1. A電容C越大就越大
  2. B為 √(kT/C),與開關的電阻無關
  3. C開關的電阻越大就越大
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正確答案:B. 為 √(kT/C),與開關的電阻無關

開關的電阻越大,熱雜訊的密度越大,但同時RC電路的頻寬會變窄而相互抵消,殘留在電容上的雜訊有效值成為 √(kT/C)(kT/C雜訊)。室溫下1 pF時約為64 µVrms。要將雜訊減半,必須將電容增為4倍,會使面積與功耗增加,因此成為高解析度ADC與影像感測器設計中的重要限制。感測器中則以相關雙重取樣來去除。

解析中的「熱雜訊(強森雜訊)」

出現「熱雜訊(強森雜訊)」的題目(4題)

  1. 下列哪一項是使電阻產生的熱雜訊(強森雜訊)電壓增大的正確因素?
  2. 以開關與電容C對電壓取樣時,殘留在電容上的熱雜訊電壓(有效值),下列哪一項正確?(k:波茲曼常數,T:絕對溫度)
  3. 在MOSFET中特別顯著、頻率越低就越大的雜訊是哪一個?
  4. 理想N位元ADC由量化雜訊決定的訊雜比(SNR)的近似式為下列何者?(滿刻度正弦波輸入的情況)

相關名詞

相關雙重取樣(CDS) 抖動(Jitter) ENOB(有效位元數) 1/f 雜訊(閃爍雜訊) 比較器 施密特觸發器 相位邊限 負回授 差動放大電路 時間常數

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