Language
Country/Area
No result found
لماذا تجعل الدوائر المبردة للغاية الإشارات أكثر وضوحًا؟ كشف لغز التبريد العميق!
في عالم الأجهزة الإلكترونية، كان تحسين وضوح الإشارة دائمًا مهمة مهمة للمهندسين. أحد المفاتيح المهمة هو استخدام تقنية درجات الحرارة المنخفضة لتقليل الضوضاء وبالتالي تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارة. في هذه المقالة، سنستكشف كيفية عمل الدوائر فائقة البرودة ولماذا يتم نقل الإشارات بوضوح أكبر في مثل هذه البيئة النظيفة.
ما يسمى بـ "ضجيج جونسون-نيكويست" هو الضجيج الناتج عن الحركة الحرارية للإلكترونات في الموصلات الكهربائية، وتحدث هذه الظاهرة تلقائيًا تحت أي جهد مطبق.
يوجد هذا النوع من الضوضاء في كل مكان في جميع الدوائر، خاصة في المعدات الإلكترونية الحساسة مثل أجهزة الاستقبال اللاسلكية، حيث يكون وجود الضوضاء الحرارية كافيًا لإخفاء الإشارات الضعيفة. ولذلك، لزيادة حساسية هذه الأجهزة، يتم تبريد العديد من المكونات الإلكترونية الحساسة (مثل أجهزة استقبال التلسكوب الراديوي) إلى درجات حرارة منخفضة قريبة من الصفر المطلق لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل ملحوظ.
ما هي الضوضاء الحرارية؟
الضوضاء الحرارية، والمعروفة أيضًا بضوضاء جونسون، هي الضوضاء الناتجة عن الحركة العشوائية للإلكترونات في الموصلات الكهربائية. في المقاومة المثالية، يتم وصف خصائص وشدة هذا الضجيج بالصيغة التالية:
Vn² = 4kBTΔfR
من بينها، kB هو ثابت بولتزمان، وT هي درجة الحرارة المطلقة، وΔf هو عرض النطاق الترددي، وR هي قيمة المقاومة. توضح هذه الصيغة كيف تزيد الضوضاء الحرارية مع زيادة درجة الحرارة، ولهذا السبب عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة، تنخفض الضوضاء الحرارية أيضًا، مما يجعل الإشارة أكثر وضوحًا في النهاية.
يمكن للإلكترونيات المبردة أن تقلل بشكل كبير من تأثيرات الضوضاء الحرارية، مما يجعل الإشارات أكثر استقرارًا أثناء الاستقبال.
كيف تعمل التكنولوجيا المبردة على تحسين وضوح الإشارة؟
أثناء عملية المعالجة بدرجة حرارة منخفضة، يمكن للمعدات تحقيق المزايا التالية:
تقليل الضوضاء الحرارية: عند درجات الحرارة المنخفضة، تقل الحركة الحرارية للإلكترونات، كما يتم تقليل الضوضاء المرتبطة بها، وهو أمر مهم بشكل خاص للمعدات الإلكترونية التي تقوم بإجراء قياسات عالية الحساسية.
تحسين حساسية الإشارة: مع انخفاض الضوضاء، تستمر حساسية الإشارة في الزيادة ويمكن استقبال إشارات أضعف.
تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارة: يؤدي تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء إلى تحسين دقة الإشارة وضوضاء الخلفية، وبالتالي تحسين جودة الاتصال بشكل عام.
حالات تطبيق الضوضاء الحرارية عند درجة حرارة منخفضة
مع تزايد استخدام التكنولوجيا المبردة على نطاق واسع، بدأت العديد من المجالات العلمية والتكنولوجية المتطورة في استخدام هذه التكنولوجيا لإجراء قياسات عالية الدقة. إحدى الحالات البارزة هي أن المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) قام بقياس ثابت بولتزمان باستخدام طريقة جونسون للقياس الحراري للضوضاء في عام 2017 مع عدم يقين أقل من 3 جزء في المليون، والذي تم تطويره لإعادة تعريف الأساس الجديد.
يمكن القول أن تكنولوجيا درجات الحرارة المنخفضة ليس لها تأثير كبير على أداء المعدات الإلكترونية فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين دقة القياسات العلمية بشكل كبير.
لا يمكن الاستهانة بدور التكنولوجيا المبردة في المعدات الإلكترونية. ولا يؤدي تطوير هذه التكنولوجيا إلى تحسين أداء معدات الاتصالات فحسب، بل يوفر أيضًا دعمًا مهمًا للقياسات العلمية عالية الدقة. ومع تعميق البحوث المتعلقة بتكنولوجيا درجات الحرارة المنخفضة، يمكننا أن نتوقع ظهور المزيد من التطبيقات المتقدمة في المستقبل. فهل يؤدي هذا إلى ثورة تكنولوجية جديدة؟
إن جوهر هذا العمل البحثي هو الجمع بين قياس الجهد وتقنية الضوضاء الحرارية لتحقيق نتائج قياس عالية الدقة.
الاستنتاج
