熱雑音 - 定義

[熱雑音（ ）（熱雑音またはジョンソン・ナイキスト雑音）とは、絶対零度（）以上の温度下にある導体（）や抵抗素子（](/jp/ja/news/library-articles/page/62268/) ）において、電荷キャリア（電子）の無秩序な熱運動の結果として発生する電気雑音の一種である。この現象は基礎的なものであり、外部の電圧や電流源に依存せず、完全に線形かつパッシブな電気システムにおいても発生する。

熱雑音は、ジョン・B・ジョンソンによって理論的に記述され、ハリー・ナイキストによって数学的に確認されました。これは、広い周波数範囲にわたって平坦なパワースペクトルを持つ確率過程であり、そのエネルギーは分析対象の帯域幅全体に均一に分布しています。そのため、しばしばホワイトノイズと同一視されます。そのパワースペクトル密度は、絶対温度と抵抗値に線形に依存し、ノイズが測定される帯域幅](/jp/ja/news/library-articles/page/62248/) に比例して、[に依存します。

電子システムにおいて、熱雑音は有用な信号に干渉する電圧または電流として現れます。このノイズの存在により、アナログおよびデジタルシステムにおいて、受信感度、測定精度、および信号対雑音比（SNR）が制限されます。完全に除去することはできないため、固有のノイズレベルを最小限に抑えた回路を設計し、フィルタリング、シールド、および冷却技術を使用することが重要になります。

熱雑音は、通信から計測電子機器、さらには固体物理学に至るまで、多くの分野で実用上重要な役割を果たしています。熱雑音を正確にモデル化することで、増幅器、検出器、センサー、および伝送経路の性能限界を分析することが可能になります。現代の電子システムにおいて、熱雑音はしばしばバックグラウンドノイズの主要な構成要素として扱われ、部品やデバイスの品質を評価するための基準となります。

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