熱雑音

デジタル大辞泉

ねつ‐ざつおん【熱雑音】

読み方：ねつざつおん

抵抗内の電子またはイオンの不規則な熱運動によって生じる電気的な雑音。電子回路には必ず存在する。この現象を発見した米国ベル研究所のジョン＝ジョンソン、ハリー＝ナイキストの名前から、ジョンソン雑音、ジョンソンナイキスト雑音ともいう。

透過電子顕微鏡基本用語集

熱雑音

【英】：thermal noise

導体や半導体素子中の電子の不規則な熱運動によって起こる雑音で、温度が高いほど大きな雑音が発生する。周波数依存性はなく一様なスペクトルを持つので、ホワイトノイズとも言われる。EDSの半導体検出器やスロースキャンCCDカメラのYAG単結晶シンチレータを冷却するのは、このを抑えるためである。

説明に「熱雑音」が含まれている用語

• 熱雑音

超電導用語解説集

熱ノイズ（熱雑音、thermal noise）

　抵抗体の内部では電流を運ぶ電子またはイオンが熱運動していてその分布が空間的時間的に一様でない。この“ゆらぎ”のため、その両端の間には不規則な電位差が生ずる。これを雑音電圧、または熱雑音、ジョンソン雑音という。超電導回路は低温で動作させるため、この熱雑音が、室温で動作させる半導体の場合より格段に小さい。このことが、超電導デバイスが小振幅でも（熱雑音に乱されずに）安定に動作する理由の一つである。

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熱雑音

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/08/31 21:50 UTC 版)

熱雑音（ねつざつおん、英: thermal noise）は、抵抗体内の自由電子の不規則な熱振動（ブラウン運動^[1]）によって生じる雑音のことをいう。1927年にこの現象を発見した二人のベル研究所の研究者ジョン・バートランド・ジョンソン及びハリー・ナイキストの名前からジョンソン・ノイズまたはジョンソン-ナイキスト・ノイズとも呼ばれる。

抵抗体内で発生する雑音の電圧V_n [V]^[2]、電流I_n [A]は次式で与えられる。

${\displaystyle V_{\mathrm {n} }={\sqrt {4k_{\mathrm {B} }TR\Delta f}}}$

${\displaystyle I_{\mathrm {n} }={\sqrt {4k_{\mathrm {B} }T\Delta f \over R}}}$

ここでk _B はボルツマン定数[JK⁻¹]、T は導体の温度[K]、Δf は帯域幅[Hz]、R は抵抗値[Ω]である。

従ってノイズの大きさP_n [W]は次式で与えられる。

${\displaystyle P_{\mathrm {n} }=V_{\mathrm {n} }I_{\mathrm {n} }=4k_{\rm {B}}T\Delta f}$

また、雑音元(信号元)から回路に入力される雑音電力を入力雑音電力と言い、電気通信分野での増幅器雑音計算には専らこちらが使用される。入力雑音電力N _i [W]は次式で与えられる。

${\displaystyle N_{\mathrm {i} }=k_{\mathrm {B} }T\Delta f}$

入力雑音電力がこの数式で与えられるのは、雑音元を、起電力が上記の${\displaystyle V_{\rm {n}}}$、内部抵抗が${\displaystyle R}$の電源と考え、負荷につないだときに負荷で消費される電力として計算するからである。入力された電力を、反射することなく負荷で完全に消費するには、負荷のインピーダンスが${\displaystyle R}$である必要があり、その結果として上記の入力雑音電力${\displaystyle N_{\mathrm {i} }}$が導出される。

ノイズの大きさは温度で決まる。室温（300[K]）のノイズ（入力雑音電力）の大きさP をデシベル単位(dBm)で表すと

${\displaystyle P=-174+10\log(\Delta f)}$

である。

熱雑音が問題になるような領域は極めて小さい信号を扱う場合で、そのような場合は、増幅器を極低温まで冷却して極限まで雑音性能を高めることなどがされる。

熱雑音が有効活用される例として、コンピュータの乱数発生器に熱雑音を用いる物がある。

脚注

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1. ^ 遠坂俊昭 (1997). 計測のためのアナログ回路設計. CQ出版社. p. 15. ISBN 978-4-7898-3284-7 
2. ^ 菅野 允 (1986). 基礎電気電子計測. コロナ社. p. 123. ISBN 4-339-00418-9 

関連項目

• 雑音温度
• 揺動散逸定理
• ショット雑音
• ピンクノイズ
• ブラウン運動
• ハリー・ナイキスト
• ジョン・バートランド・ジョンソン

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熱雑音

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/08/12 17:06 UTC 版)

「ノイズ (電子工学)」の記事における「熱雑音」の解説

詳細は「熱雑音」を参照 熱雑音はジョンソン・ナイキスト・ノイズとも呼ばれ、電気伝導体中の電荷担体（通常は電子）の熱による無作為な動きによって発生し、防ぐことが出来ない。印加電圧の大小に関わらず発生する。 熱雑音はほぼホワイトノイズであり、そのパワースペクトル密度は周波数スペクトル全域に渡ってほぼ同じである。その信号としての振幅は正規分布に極めて近い。熱雑音の影響を考慮した通信システムのモデルとして「加法性ホワイトガウスノイズ (AWGN) チャネル」がある。 抵抗器 R（Ω）で帯域幅 Δf（Hz）のとき、熱雑音 v n の二乗平均平方根 (RMS) 電圧は次のようになる。 v n = 4 k B T R Δ f ここで kB はボルツマン定数（J/K）、T はその抵抗器の絶対温度（K）である。 熱雑音の量はその回路の温度によって決まるため、電波望遠鏡のプリアンプのような高感度の回路では、液体窒素で冷却して熱雑音を低減させることがある。 また、雑音元(信号元)から回路に入力される雑音電力を入力雑音電力と言い、電気通信分野での増幅器雑音計算には専らこちらが使用される。入力雑音電力N i [W]は次式で与えられる。 N i = k B T Δ f

熱雑音

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/10/02 01:18 UTC 版)

「揺動散逸定理」の記事における「熱雑音」の解説

1926年、ジョン・バートランド・ジョンソンが熱雑音を発見し1928年にハリー・ナイキストがこれを理論的に説明した。電流のない状態では二乗平均電圧 ⟨V 2⟩ は電気抵抗 R 、温度 kBT 、および帯域幅 Δν に依存し、次のようになる： ⟨ V 2 ⟩ = 4 R k B T Δ ν .