Тепловий шум

Відповідно до сучасних поглядів носіями електричного струму в провідниках є електрони, що володіють елементарним електричним зарядом, що дорівнює 1,6х 10^-12 Кл.

У кожному атомі речовини є електрони, що оточують позитивне заряджене ядро атома. Орбіти електронів проходять на різній відстані від ядра й утворюють електронні оболонки атомів. Чим ближче електрон до ядра, тим сильніше він з ним зв'язаний. Слабкіше всього зв'язані з ядром електрони, що знаходяться на зовнішніх оболонках. Саме ці зовнішні електрони піддаються найбільшим впливам з боку інших атомів, якщо підходять до них досить близько.

У металах всі електрони зовнішніх оболонок атомів сильно перекриваються і втрачають зв'язок зі своїми атомами. Тому металеві кристали є такими структурами, що утворені взаємодією позитивних іонів кристалічних ґрат і усуспільнених зовнішніх електронів. Ці електрони можуть вільно переміщатися між атомами ґрат. Поки зовнішнього електричного поля немає, електрони в обсязі провідника, виготовленого з металу, роблять внутрішній хаотичний рух, аналогічний тепловому руху молекул газу чи рідини. При своєму русі електрони найчастіше зіштовхуються з тепловими коливаннями іонів (атомів) і дефектами кристалічних ґрат, рідше – один з одним.

При зіткненнях вони змінюють і напрямок руху, і величину швидкості. Порядок середнього шляху між зіткненнями, чи величина середнього вільного пробігу електронів, складає усього лише 10 нм. Теплове порушення електронів, навіть при кімнатній температурі настільки велике, що електрони переміщаються з дуже великими швидкостями (близько 100 км/сек).

Токові шуми недротяних резисторів

У залежності від технології виготовлення, шуми реальних резисторів, що застосовуються у радіоапаратурі, можуть виявитися значно більше теплового шуму, при цьому спостерігається їхня сильна залежність від напруги, що падає на резисторі, і від сили струму, що протікає через нього. При протіканні струму через провідний шар резистора його провідність міняється випадково. Флуктуації провідності викликають випадкові коливання струму, що у свою чергу створюють на опорі напруги шуми. Найбільша спектральна щільність потужності шуму недротяного опору зосереджена в області низьких частот 5-1000 Гц.

Шум з рівноймовірним законом розподілу

Цей шум виникає, коли аналогові сигнали перетворяться в дискретну чи цифрову форму. Чим вужчий інтервал квантування, тим менший шум. Практично і негативна, і позитивна помилки визначаються випадком. У підсумку виходить шум, миттєві значення якого в кожен момент часу мають рівноймовірний чи прямокутний закон розподілу.

Шумові діоди

Шумові діоди використовуються як еталони шумової потужності на частотах до 300 МГц і вище, вони завжди знаходяться в режимі насичення анодного струму. Основна вимога до катода шумового діода полягає в тому, щоб він мав яскраво виражений струм насичення. Цій властивості добре задовольняють вольфрамовий і/чи торієво-вольфрамові катоди.

Шумовий діод можна використовувати як широкосмугове джерело шуму. Нижня границя дорівнює 500-1000 Гц, а верхня границя частот розташована звичайно в області 300-400 МГц.