In diesem Artikel erfahren Sie, was thermisches Rauschen und weißes Rauschen ist. Was bedeutet thermisches Rauschen? Was ist der Unterschied zwischen thermischem Rauschen und Schrotrauschen?
Was ist thermisches Rauschen und weißes Rauschen?
Thermisches Rauschen, auch Johnson-Nyquist-Rauschen genannt, entsteht durch die zufällige thermische Bewegung von Elektronen in Leitern und Widerständen. Diese Bewegung erzeugt zufällige Spannungsschwankungen, die in allen elektronischen Schaltkreisen und Systemen vorhanden sind.
Thermisches Rauschen zeichnet sich durch eine flache spektrale Leistungsdichte über einen weiten Frequenzbereich aus, sodass es für das menschliche Ohr nicht als „weißes Rauschen“ zu unterscheiden ist, da ihm eine wahrnehmbare Tonhöhe oder Frequenz fehlt.
Was bedeutet thermisches Rauschen?
Die Bedeutung des thermischen Rauschens liegt in seiner grundlegenden Ursache: der thermischen Bewegung von Ladungsträgern, vor allem Elektronen, in leitfähigen Materialien.
Mit zunehmender Temperatur nimmt die Bewegung dieser Elektronen zu, was zu einem höheren Grad an thermischem Rauschen in elektronischen Bauteilen führt. Dieses Rauschen kann die Signalqualität in Kommunikationssystemen und elektronischen Geräten beeinträchtigen und erfordert Methoden, um seine Auswirkungen zu minimieren.
Was ist der Unterschied zwischen thermischem Rauschen und Schrotrauschen?
Der Hauptunterschied zwischen thermischem Rauschen und Schrotrauschen liegt in ihren Ursprüngen und statistischen Merkmalen.
Thermisches Rauschen ist eine Folge thermischer Bewegung und proportional zur Temperatur. Es verfügt über eine konstante spektrale Leistungsdichte über alle Frequenzen und trägt gleichmäßig zum Hintergrundklang bei. Schrotrauschen hingegen resultiert aus der diskreten Natur der elektrischen Ladung und statistischen Schwankungen, wenn Elektronen oder Photonen in einem Detektor ankommen.
Schrotrauschen weist eine Poisson-Verteilung auf und ist bei niedrigeren Signalpegeln besser sichtbar, wo die diskrete Natur der Ladungsträger von Bedeutung ist.
Weißes Rauschen bezieht sich auf eine Art von Rauschen, das eine flache spektrale Leistungsdichte aufweist, was bedeutet, dass es bei allen Frequenzen innerhalb einer bestimmten Bandbreite die gleiche Intensität aufweist.
Thermisches Rauschen wird oft als weißes Rauschen bezeichnet, da seine spektrale Leistungsdichte über einen weiten Frequenzbereich flach ist, genau wie weißes Licht alle sichtbaren Wellenlängen gleichermaßen enthält. Diese Flachheit macht es in verschiedenen Anwendungen nützlich, bei denen eine Rauschquelle mit breitem Spektrum zum Testen, Messen oder zur Zufallssignalerzeugung benötigt wird.
Der Unterschied zwischen thermischem Rauschen und Flickerrauschen (oder 1/f-Rauschen) liegt in ihren Frequenzeigenschaften.
Während thermisches Rauschen eine flache spektrale Leistungsdichte aufweist, weist Flickerrauschen eine frequenzabhängige spektrale Leistungsdichte auf, die mit abnehmender Frequenz zunimmt. Bei elektronischen Bauteilen und Materialien wird häufig Flimmerrauschen beobachtet, das auf Unregelmäßigkeiten oder Defekte zurückzuführen ist, die zu Schwankungen der Leitfähigkeit oder Ladungsträgermobilität führen.
Im Gegensatz zu thermischem Rauschen, das aufgrund der thermischen Bewegung bei höheren Frequenzen vorherrscht, nimmt das Flackerrauschen bei niedrigeren Frequenzen zu und beeinträchtigt die Leistung empfindlicher elektronischer Schaltkreise und Geräte.
Wir hoffen, dass dieser Überblick zum Thema „Was ist thermisches Rauschen und weißes Rauschen?“ für mehr Klarheit gesorgt hat
