Thermisches Rauschen - Definition
Thermisches Rauschen - Definition
Thermisches Rauschen (thermisches Rauschen oder Johnson-Nyquist-Rauschen) ist eine Art von elektrischem Rauschen, das durch die chaotische thermische Bewegung von Ladungsträgern (Elektronen) in Leitern und Widerstandselementen bei Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt entsteht. Es handelt sich um ein grundlegendes Phänomen, das nicht von externen Spannungs- oder Stromquellen abhängt und selbst in vollkommen linearen und passiven elektrischen Systemen auftritt.
Das thermische Rauschen wurde theoretisch von John B. Johnson theoretisch beschrieben und von Harry Nyquist mathematisch bestätigt. Es ist ein stochastischer Prozess mit einem flachen Leistungsspektrum über einen weiten Frequenzbereich, d. h. seine Energie ist gleichmäßig über die analysierte Bandbreite verteilt - weshalb es oft mit weißem Rauschen gleichgesetzt wird. Seine spektrale Leistungsdichte hängt linear von der absoluten Temperatur und dem Wert des Widerstands ab und proportional zu von der Bandbreite, in der das Rauschen gemessen wird.
In elektronischen Systemen äußert sich das thermische Rauschen als Spannung oder Strom, der die Nutzsignale stört. Sein Vorhandensein begrenzt die Empfängerempfindlichkeit, die Messgenauigkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in analogen und digitalen Systemen. Da es nicht vollständig eliminiert werden kann, ist es wichtig, Schaltungen mit einem Minimum an Eigenrauschen zu entwerfen und Filter-, Abschirm- und Kühltechniken einzusetzen.
Thermisches Rauschen ist in vielen Bereichen - von der Telekommunikation über die Messelektronik bis hin zur Festkörperphysik - von praktischer Bedeutung. Seine genaue Modellierung ermöglicht es, die Leistungsgrenzen von Verstärkern, Detektoren, Sensoren und Übertragungswegen zu analysieren. In modernen elektronischen Systemen wird es häufig als Hauptbestandteil des Hintergrundrauschens einbezogen und dient als Maßstab für die Bewertung der Qualität von Komponenten und Geräten.
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