Language
Country/Area
No result found
Mengapa sirkuit super dingin membuat sinyal lebih jernih? Mengungkap misteri kriogenik!
Di dunia perangkat elektronik, mengoptimalkan kejernihan sinyal selalu menjadi tugas penting bagi para teknisi. Salah satu poin utamanya adalah menggunakan teknologi kriogenik untuk mengurangi derau dan dengan demikian meningkatkan rasio sinyal terhadap derau. Dalam artikel ini, kita akan membahas cara kerja sirkuit yang sangat dingin dan mengapa sinyal dapat ditransmisikan lebih jelas di lingkungan yang bersih.
Yang disebut derau Johnson-Nyquist adalah derau yang dihasilkan oleh gerakan termal elektron dalam konduktor listrik, fenomena yang terjadi secara otomatis di bawah tegangan apa pun yang diberikan.
Jenis derau ini ada di mana-mana di semua sirkuit, tetapi khususnya di peralatan elektronik yang sensitif seperti penerima radio, di mana keberadaan derau termal dapat cukup untuk meredam sinyal yang lemah. Oleh karena itu, untuk meningkatkan sensitivitas perangkat ini, banyak komponen elektronik yang sensitif (seperti penerima teleskop radio) didinginkan hingga suhu mendekati nol mutlak untuk meningkatkan rasio sinyal terhadap derau secara signifikan.
Apa itu derau termal?
Derau termal, juga dikenal sebagai derau Johnson, adalah derau yang dihasilkan oleh gerakan acak elektron dalam konduktor listrik. Dalam resistor ideal, karakteristik dan intensitas derau ini dijelaskan oleh rumus berikut:
Vn² = 4kBTΔfR
Di mana kB adalah konstanta Boltzmann, T adalah suhu absolut, Δf adalah lebar pita, dan R adalah nilai resistansi. Rumus ini menunjukkan bagaimana derau termal meningkat seiring dengan peningkatan suhu, itulah sebabnya ketika suhu sekitar menurun, derau termal juga menurun, yang pada akhirnya membuat sinyal lebih jernih.
Elektronik yang didinginkan dapat secara signifikan mengurangi efek derau termal, membuat sinyal lebih stabil selama penerimaan.
Bagaimana kriogenik meningkatkan kejernihan sinyal?
Selama proses perawatan suhu rendah, peralatan dapat memperoleh keuntungan berikut:
Mengurangi kebisingan termal: Pada suhu rendah, gerakan termal elektron berkurang, dan kebisingan yang terkait dengannya juga berkurang, yang khususnya penting dalam perangkat elektronik yang melakukan pengukuran sensitivitas tinggi.
Meningkatkan sensitivitas sinyal: Saat kebisingan berkurang, sensitivitas sinyal terus meningkat, dan sinyal yang lebih lemah dapat diterima.
Meningkatkan rasio sinyal terhadap kebisingan: Peningkatan rasio sinyal terhadap kebisingan membuat sinyal lebih dapat dibedakan dari kebisingan latar belakang, sehingga meningkatkan kualitas komunikasi secara keseluruhan.
Contoh aplikasi kebisingan termal pada suhu rendah
Dengan meningkatnya penerapan teknologi kriogenik, banyak bidang sains dan teknologi mutakhir telah mulai menggunakan teknologi ini untuk melakukan pengukuran presisi tinggi. Salah satu contoh penting adalah pengukuran konstanta Boltzmann tahun 2017 oleh NIST (National Institute of Standards and Technology) menggunakan pengukuran termal derau Johnson dengan ketidakpastian kurang dari 3 ppm, yang membuka jalan bagi pendefinisian ulang New Foundation.
Inti dari penelitian ini adalah menggabungkan pengukuran tegangan dengan teknologi derau termal untuk mencapai hasil pengukuran presisi tinggi.
KesimpulanDapat dikatakan bahwa teknologi kriogenik tidak hanya memiliki dampak signifikan pada kinerja peralatan elektronik, tetapi juga sangat meningkatkan akurasi pengukuran ilmiah.
Peran teknologi kriogenik dalam perangkat elektronik tidak dapat diremehkan. Pengembangan teknologi ini tidak hanya meningkatkan kinerja peralatan komunikasi, tetapi juga memberikan dukungan penting untuk pengukuran ilmiah presisi tinggi. Seiring dengan semakin mendalamnya penelitian tentang teknologi kriogenik, kita dapat mengharapkan lebih banyak aplikasi terobosan yang akan muncul di masa mendatang. Apakah ini akan memicu revolusi teknologi baru?
