Language
Country/Area
No result found
Почему сверххолодные схемы делают сигналы более четкими? Раскройте тайну низкой температуры!
В мире электронных устройств оптимизация четкости сигнала всегда была важной задачей для инженеров. Одним из важных ключей является использование низкотемпературной технологии для снижения шума и тем самым улучшения отношения сигнал/шум сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как работают ультрахолодные схемы и почему сигналы передаются с большей четкостью в такой чистой среде.
Так называемый «шум Джонсона-Найквиста» — это шум, вызванный тепловым движением электронов в электрических проводниках, и это явление возникает автоматически при любом приложенном напряжении.
Этот тип шума широко распространен во всех схемах, особенно в чувствительном электронном оборудовании, таком как радиоприемники, где присутствия теплового шума достаточно, чтобы заглушить слабые сигналы. Поэтому для повышения чувствительности этих устройств многие чувствительные электронные компоненты (например, приёмники радиотелескопов) охлаждаются до низких температур, близких к абсолютному нулю, чтобы значительно улучшить соотношение сигнал/шум сигнала.
Что такое тепловой шум?
Тепловой шум, также известный как шум Джонсона, — это шум, вызванный случайным движением электронов в электрических проводниках. В идеальном резисторе характеристики и интенсивность этого шума описываются следующей формулой:
Vn² = 4kBTΔfR
Среди них kB — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, Δf — ширина полосы пропускания и R — значение сопротивления. Эта формула показывает, как тепловой шум увеличивается с увеличением температуры, поэтому, когда температура окружающей среды снижается, тепловой шум также уменьшается, что в конечном итоге делает сигнал более четким.
Охлаждаемая электроника позволяет значительно снизить влияние теплового шума, делая сигналы более стабильными во время приема.
Как криогенная технология улучшает четкость сигнала?
В процессе низкотемпературной обработки оборудование позволяет достичь следующих преимуществ:
<ул>Уменьшение теплового шума: при низких температурах тепловое движение электронов уменьшается, а также снижается связанный с ним шум, что особенно важно для электронного оборудования, выполняющего высокочувствительные измерения.
Улучшите чувствительность сигнала. По мере уменьшения шума чувствительность сигнала продолжает увеличиваться, и можно принимать более слабые сигналы.
Улучшите соотношение сигнал/шум: улучшение соотношения сигнал/шум повышает разрешение сигнала и фонового шума, тем самым улучшая общее качество связи.
Случаи применения теплового шума при низкой температуре
Поскольку криогенная технология получает все более широкое распространение, многие передовые научные и технологические области начинают использовать эту технологию для высокоточных измерений. Одним из громких случаев является то, что NIST (Национальный институт стандартов и технологий) измерил константу Больцмана с использованием метода теплового измерения шума Джонсона в 2017 году с погрешностью менее 3 частей на миллион, который был разработан для нового определения New Foundation.
Можно сказать, что низкотемпературные технологии не только оказывают существенное влияние на работу электронного оборудования, но и значительно повышают точность научных измерений. Роль криогенных технологий в электронном оборудовании нельзя недооценивать. Развитие этой технологии не только повышает производительность оборудования связи, но и обеспечивает важную поддержку высокоточных научных измерений. С углублением исследований в области низкотемпературных технологий мы можем ожидать появления новых прорывных приложений в будущем. Спровоцирует ли это новую технологическую революцию? Смысл этой исследовательской работы заключается в сочетании измерения напряжения с технологией теплового шума для достижения высокоточных результатов измерений.
Заключение
