الضوضاء (الإلكترونيات)

إن ضوضاء جونسون-نايكويست ^{[ 1 ]} (غالبًا الضوضاء الحرارية) أمر لا مفر منه، ويتم توليدها عن طريق الحركة الحرارية العشوائية لحاملات الشحنة (عادة الإلكترونات ) داخل موصل كهربائي ، وهو ما يحدث بغض النظر عن أي جهد مطبق .

الضوضاء الحرارية بيضاء تقريبًا ، أي أن كثافة طيف قدرتها متساوية تقريبًا عبر طيف التردد . ويقترب سعة الإشارة من دالة كثافة احتمالية غاوسية . غالبًا ما يُنمذج نظام الاتصالات المتأثر بالضوضاء الحرارية كقناة ضوضاء غاوسية بيضاء مضافة (AWGN).

ينتج ضجيج الطلقات في الأجهزة الإلكترونية عن تقلبات إحصائية عشوائية لا مفر منها في التيار الكهربائي عندما تعبر حاملات الشحنة (مثل الإلكترونات) فجوة. إذا تدفقت الإلكترونات عبر حاجز، فإنها تصل في أوقات منفصلة. وتُظهر هذه الوصولات المنفصلة ضجيج الطلقات. عادةً ما يُستخدم الحاجز في الصمام الثنائي. ^{[ 4 ]} يشبه ضجيج الطلقات الضجيج الناتج عن سقوط المطر على سطح معدني. قد يكون تدفق المطر ثابتًا نسبيًا، لكن قطرات المطر الفردية تصل بشكل منفصل. ^{[ 5 ]}

يتم إعطاء قيمة الجذر التربيعي المتوسط ​​لتيار ضوضاء الطلقة i _in بواسطة صيغة شوتكي.

${\displaystyle i_{n}={\sqrt {2Iq\Delta B}}}$

حيث I هو التيار المستمر، و q هي شحنة الإلكترون، وΔB هو عرض النطاق الترددي بالهرتز. تفترض صيغة شوتكي وصول الموجات بشكل مستقل.

تُظهر الصمامات المفرغة ضوضاء الطلقات لأن الإلكترونات تغادر المهبط بشكل عشوائي وتصل إلى المصعد (الصفيحة). قد لا يُظهر الصمام تأثير ضوضاء الطلقات بالكامل، إذ يميل وجود شحنة فضائية إلى تنعيم أوقات الوصول (وبالتالي تقليل عشوائية التيار). تُظهر الصمامات الخماسية والصمامات الرباعية ذات الشبكة المظللة ضوضاءً أكثر من الصمامات الثلاثية لأن تيار المهبط ينقسم عشوائيًا بين الشبكة المظللة والمصعد.

لا تُظهر الموصلات والمقاومات عادةً ضوضاء الطلقات لأن الإلكترونات تتوازن حراريًا وتتحرك بشكل انتشاري داخل المادة؛ إذ لا تمتلك الإلكترونات أوقات وصول منفصلة. وقد تم إثبات وجود ضوضاء الطلقات في المقاومات الميزوسكوبية عندما يصبح حجم العنصر المقاوم أقصر من طول تشتت الإلكترون-الفونون. ^{[ 6 ]}

عندما ينقسم التيار بين مسارين (أو أكثر)، ^{[ 7 ]} يحدث التشويش نتيجة للتقلبات العشوائية التي تحدث أثناء هذا الانقسام.

لهذا السبب، سيكون للترانزستور ضوضاء أكثر من الضوضاء الناتجة عن وصلاته PN.

ضوضاء الوميض، والمعروفة أيضاً بضوضاء 1/ f ، هي إشارة أو عملية ذات طيف ترددي يتناقص تدريجياً نحو الترددات الأعلى، ويظهر ذلك على شكل طيف وردي . تحدث هذه الضوضاء في جميع الأجهزة الإلكترونية تقريباً، وتنتج عن مجموعة متنوعة من التأثيرات.

يتكون ضجيج الانفجار من انتقالات مفاجئة تشبه الخطوات بين مستويين أو أكثر من مستويات الجهد أو التيار المنفصلة، ​​والتي قد تصل إلى عدة مئات من الميكروفولتات ، في أوقات عشوائية وغير متوقعة. يستمر كل تغيير في جهد الإزاحة أو التيار لعدة أجزاء من الثانية إلى ثوانٍ. ويُعرف أيضًا باسم ضجيج الفشار نظرًا لأصوات الفرقعة أو الطقطقة التي يُصدرها في الدوائر الصوتية.

إذا أصبح الزمن الذي تستغرقه الإلكترونات للانتقال من الباعث إلى المجمع في الترانزستور مماثلاً لدورة الإشارة المراد تضخيمها، أي عند ترددات أعلى من ترددات VHF وما بعدها، يحدث تأثير زمن العبور، وتنخفض مقاومة دخل الضوضاء للترانزستور. ومن التردد الذي يصبح عنده هذا التأثير ملحوظاً، يزداد مع التردد، وسرعان ما يطغى على مصادر الضوضاء الأخرى. ^{[ 8 ]}

ضوضاء التشكيل البيني

يحدث ذلك عندما تتشارك إشارات ذات ترددات مختلفة نفس الوسط غير الخطي.

التداخل

ظاهرة تتسبب فيها إشارة مرسلة في دائرة أو قناة واحدة من نظام الإرسال في حدوث تداخل غير مرغوب فيه على إشارة في قناة أخرى.

تدخل

تعديل أو تعطيل إشارة تنتقل عبر وسيط

الضوضاء الجوية

ويسمى أيضاً بالضوضاء الساكنة، وهو ناتج عن تفريغات البرق في العواصف الرعدية والاضطرابات الكهربائية الأخرى التي تحدث في الطبيعة، مثل تفريغ الهالة .

الضوضاء الصناعية

تُسبب مصادر مثل السيارات والطائرات ومحركات الإشعال الكهربائية ومعدات التبديل وأسلاك الجهد العالي ومصابيح الفلورسنت ضوضاء صناعية. وتنتج هذه الضوضاء عن التفريغ الكهربائي الموجود في جميع هذه العمليات.

الضوضاء الشمسية

Noise that originates from the Sun is called solar noise. Under normal conditions, there is approximately constant radiation from the Sun due to its high temperature, but solar storms can cause a variety of electrical disturbances. The intensity of solar noise varies over time in a solar cycle.

Cosmic noise

Distant stars generate noise called cosmic noise. While these stars are too far away to individually affect terrestrial communications systems, their large number leads to appreciable collective effects. Cosmic noise has been observed in a range from 8 MHz to 1.43 GHz, the latter frequency corresponding to the 21-cm hydrogen line. Apart from man-made noise, it is the strongest component over the range of about 20 to 120 MHz. Little cosmic noise below 20MHz penetrates the ionosphere, while its eventual disappearance at frequencies in excess of 1.5 GHz is probably governed by the mechanisms generating it and its absorption by hydrogen in interstellar space.

In many cases noise found on a signal in a circuit is unwanted. There are many different noise reduction techniques that can reduce the noise picked up by a circuit.

1. Faraday cage – A Faraday cage enclosing a circuit can be used to isolate the circuit from external noise sources. A Faraday cage cannot address noise sources that originate in the circuit itself or those carried in on its inputs, including the power supply.
2. Capacitive coupling – Capacitive coupling allows an AC signal from one part of the circuit to be picked up in another part through the interaction of electric fields. Where coupling is unintended, the effects can be addressed through improved circuit layout and grounding.
3. Ground loops – When grounding a circuit, it is important to avoid ground loops. Ground loops occur when there is a voltage difference between two ground connections. A good way to fix this is to bring all the ground wires to the same potential in a ground bus.
4. Shielding cables – A shielded cable can be thought of as a Faraday cage for wiring and can protect the wires from unwanted noise in a sensitive circuit. The shield must be grounded to be effective. Grounding the shield at only one end can avoid a ground loop on the shield.
5. الأسلاك المجدولة المزدوجة - يقلل تجديل الأسلاك في الدائرة الكهربائية من التشويش الكهرومغناطيسي. يقلل تجديل الأسلاك من حجم الحلقة التي يمكن أن يمر عبرها المجال المغناطيسي لتوليد تيار بين الأسلاك. قد توجد حلقات صغيرة بين الأسلاك المجدولة معًا، لكن المجال المغناطيسي الذي يمر عبر هذه الحلقات يحث تيارًا يتدفق في اتجاهين متعاكسين في حلقات متناوبة على كل سلك، وبالتالي لا يوجد تيار تشويش صافٍ.
6. مرشحات الحجب - تُستخدم مرشحات الحجب، أو مرشحات رفض النطاق، لإزالة تردد ضوضاء محدد. على سبيل المثال، تعمل خطوط الطاقة داخل المباني بتردد  50 أو 60 هرتز . تلتقط الدوائر الحساسة هذا التردد كضوضاء. يمكن لمرشح الحجب المضبوط على تردد خط الطاقة إزالة هذه الضوضاء.

يمكن تقليل الضوضاء الحرارية عن طريق تبريد الدوائر - وهذا عادة ما يتم استخدامه فقط في التطبيقات عالية الدقة وعالية القيمة مثل التلسكوبات الراديوية.