في عالم الإلكترونيات، يشكل الضجيج عدوًا مستمرًا. إنه الإشارة غير المرغوب فيها التي يمكن أن تُفسد بياناتنا وتُقلل من أداء دوائرنا، بل وتجعلها غير قابلة للاستخدام. أحد أنواع الضجيج المنتشر هو **الضجيج الحراري**، المعروف أيضًا باسم **ضجيج جونسون-نيوكويست**. تستكشف هذه المقالة طبيعة الضجيج الحراري، متناولة أصوله ورموزه الشائعة وتأثيره على الأنظمة الإلكترونية.
فهم الضجيج الحراري:
الضجيج الحراري هو خاصية متأصلة في جميع الموصلات الكهربائية، ويرجع ذلك إلى الحركة العشوائية للإلكترونات داخلها. مع زيادة درجة الحرارة، تتحرك هذه الإلكترونات بشكل أسرع، مما ينتج عنه مجالات كهربائية متذبذبة. تُولد هذه التذبذبات إشارات كهربائية عشوائية، نُدركها على شكل ضجيج.
الخصائص الرئيسية:
الرموز الشائعة لقدرة الضجيج الحراري:
في الهندسة الكهربائية، غالبًا ما يتم تمثيل قدرة الضجيج الحراري بالرموز التالية:
kTB: وهذا هو التمثيل الأكثر شيوعًا، حيث:
N: غالبًا ما يُستخدم هذا الرمز لتمثيل **كثافة طيف القدرة الضجيجية**، وهي القدرة لكل وحدة عرض نطاق ترددي.
التأثير على الإلكترونيات:
يمكن أن يؤثر الضجيج الحراري بشكل كبير على أداء الأنظمة الإلكترونية:
تقليل الضجيج الحراري:
على الرغم من أنه لا يمكن القضاء على الضجيج الحراري تمامًا، إلا أن هناك العديد من التقنيات التي يمكن أن تُقلل من تأثيره:
الخلاصة:
الضجيج الحراري هو قيد أساسي في الأنظمة الإلكترونية لا يمكن تجاهله. فهم طبيعته وتأثيره على أداء الدوائر أمر بالغ الأهمية لتصميم الأجهزة الإلكترونية القوية والموثوقة. من خلال تنفيذ استراتيجيات التصميم المناسبة وتقنيات تخفيف الضجيج، يمكننا تقليل تأثيرات الضجيج الحراري وتحقيق أداء مثالي للنظام.
Instructions: Choose the best answer for each question.
1. What is the primary cause of thermal noise?
a) External electromagnetic interference b) Random motion of electrons in conductors c) Defects in electronic components d) Fluctuations in the power supply
b) Random motion of electrons in conductors
2. Which of these is NOT a characteristic of thermal noise?
a) It is ubiquitous in all electronic components. b) It has a constant power spectral density across all frequencies. c) It is inversely proportional to the temperature of the conductor. d) Its power increases linearly with the bandwidth.
c) It is inversely proportional to the temperature of the conductor.
3. What is the common symbol used to represent thermal noise power?
a) kTB b) Vrms c) SNR d) dBm
a) kTB
4. How does thermal noise affect the performance of electronic systems?
a) It enhances signal strength. b) It improves the accuracy of measurements. c) It degrades signal quality and reduces sensitivity. d) It increases the power consumption of the system.
c) It degrades signal quality and reduces sensitivity.
5. Which of these is NOT a technique to minimize thermal noise?
a) Operating electronic systems at lower temperatures b) Using narrowband filters to reduce noise bandwidth c) Employing high quality components with low internal resistance d) Increasing the power supply voltage to overcome noise
d) Increasing the power supply voltage to overcome noise
Task:
You are designing a sensitive amplifier for a low-power sensor operating at room temperature (25°C). The amplifier has a bandwidth of 10 kHz. Calculate the minimum thermal noise power that will be present in the amplifier's output.
Instructions:
Solution:
Thermal noise power = kTB = (1.38 × 10^-23 J/K) × (298.15 K) × (10,000 Hz) = 4.12 × 10^-17 Watts
Comments