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Johnson-Nyquist Thermischer Geräuschrechner

Berechnen Sie die thermische Rauschspannung, die Rauschleistung und die Rauschspektraldichte für Widerstände mithilfe der Johnson-Nyquist-Rauschformel

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Formel

V_n = √(4kTRB)

V_n— RMS noise voltage (V)
k— Boltzmann constant (1.38×10⁻²³) (J/K)
T— Absolute temperature (K)
R— Resistance (Ω)
B— Noise bandwidth (Hz)

Wie es funktioniert

Das thermische Rauschen von Johnson-Nyquist ist ein grundlegendes Phänomen in elektronischen Systemen, bei denen elektrische Komponenten aufgrund der thermischen Bewegung von Ladungsträgern zufällige Spannungs- oder Stromschwankungen erzeugen. Bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt erzeugt die zufällige Bewegung der Elektronen in einem Leiter spontane Spannungsschwankungen, die als elektrisches Rauschen auftreten. Dieses Geräusch ist direkt proportional zur Temperatur und zum Widerstand des Bauteils und unabhängig von der spezifischen Materialzusammensetzung.

Bearbeitetes Beispiel

Berechnen Sie das thermische Johnson-Nyquist-Rauschen für einen 1-kΩ-Widerstand bei Raumtemperatur (290 K). Unter Verwendung der Formel v_N = √ (4kTrΔF), wobei k = Boltzmann-Konstante (1,38 × 10^-23 J/K), T = Temperatur (290 K), R = Widerstand (1000 Ω) und Δf = Bandbreite (1 Hz), erhalten wir: v_N = √ (4 * 1,38 × 10^-23 * 290 * 1000 * 1) = 4,05 × 10^-9 V oder 4,05 nV

Praktische Tipps

  • ✓Berücksichtigen Sie bei der Entwicklung analoger Schaltungen mit niedrigem Signal immer das thermische Rauschen
  • ✓Minimierung des Rauschens durch Reduzierung der Widerstandswerte und der Betriebstemperatur
  • ✓Verwenden Sie rauscharme Verstärker für empfindliche Messungen
  • ✓Berücksichtigen Sie bei der Auswahl von elektronischen Komponenten die Rauschzahl

Häufige Fehler

  • ✗Ignorieren von thermischem Rauschen in hochohmigen Schaltungen
  • ✗Unter der Annahme, dass alle Geräuschquellen gleich sind
  • ✗Ohne Berücksichtigung von Temperaturschwankungen
  • ✗Übersehen von Bandbreiteneffekten bei der Geräuschberechnung

Häufig gestellte Fragen

Ein grundlegendes elektronisches Rauschen, das durch thermische Bewegung von Ladungsträgern in einem Leiter entsteht und zufällige Spannungsschwankungen erzeugt.
Das thermische Rauschen nimmt direkt mit der Temperatur zu — höhere Temperaturen führen zu einer stärkeren Elektronenbewegung und einer erhöhten Rauschspannung.
Nein, es ist ein grundlegendes physikalisches Phänomen, das bei jeder Temperatur über dem absoluten Nullpunkt auftritt.

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