Kohina

Kohina on ilmiö jota esiintyy kaikkialla. Jos radiosta ei muuta kuulu, niin ainakin sen sisäistä kohinaa.

Kohina johtuu monenlaisista ilmiöistä, mutta huolellisella kytkentärakenteiden valinnalla päästään tuloksiin missä kohinan muodostus on mahdollisimman vähäistä.

Taajuuslähteen/käsittelyn tuottaman signaalin puhtautta mitataan vaihekohinan muodossa.

Radion osien kohinan astetta mitataan termillä kohinaluku, joka kuvaa kyseisen osan/alijärjestelmän tuottamaa kohinan määrää.

Koskapa halutun signaalin ja sen kanssa samaan aikaan saatavan taustakohinan välillä on aluksi pieni etäisyys, on tärkeää että ensimmäinen käsittelyaste (esivahvistin) lisää mahdollisimman vähän omaa kohinaansa samalla kun se vahvistaa haluttua signaalia ja suurentaa kyseisen signaalin ja taustakohinan keskinäistä etäisyyttä. Siksi esivahvistimen kohinaluvulla on suuri merkitys järjestelmille.

Lämpökohina

Lämpö aiheuttaa aineessa värähtelyjä ja liikettä, sekä elektronit että ns. fononit (hilavärähtelyt - äänet) tuottavat satunnaisilla prosesseilla harhoja,

Vastusten lämpökohina

Vastuksen lämpötilasta riippuva Johnson-Nyquist-kohinajännite, -virta ja -teho ovat muotoa:

$U_{n}={\sqrt {4k_{B}TR\Delta f}}$

$I_{n}={\sqrt {4k_{B}TG\Delta f}}$

$P_{n}=4k_{B}T\Delta f\,$

Missä G on konduktanssi, eli 1/R, k_B on Boltzmannin vakio ja T on absoluuttinen lämpötila Kelvineinä.

Terminen kohinateho ei riipu vastusarvosta, mutta sen ilmiasu virtapiirissä jännitteenä ja virtana riippuu siitä.

Kannattaa kuitenkin huomata, että +30°C lämpötilassa vastusarvosta riippumaton kohinateho on noin -198 dBm/Hz^½ ja 1kΩ vastuksen kohinajännite on noin 4 nV/Hz^½. Näiden vaikutukset ovat niin pieniä, että yleensä kannattaa keskittyä systeemin muihin seikkoihin ennen kuin lähtee tavoittelemaan termisen kohinatehon minimointia.

Vastusarvojen mitoituksessa vastapainona on sen läpi kulkeva virta (ja teho) joka lämmittää sitä, muodostaen omat ongelmansa systeemin lämpövakioinnille.

Termisen kohinajännitteen lämpötermin ${\sqrt {T}}$ vaikutus lämpötilassa +40°C vs. +80°C on kerroin: 1.10. Kryogeeniset oskillaattorit nesteheliumin 4 K (n. -270°C) lämpötilassa ovat turhan vaikeita muualle kuin aikalaboratorioihin ja +80°C ("uunioskillaattori") vs. nesteheliumin 4 K antaa suhdeluvun 9.3, kun sitä selkeästi isompi vaikutus on vastusarvojen suhdeluvulla 1:100.

Huomattavaa on myös, että vastuksen kytkennässä eteenpäin antama kohinateho on korkeimmillaan silloin, kun tehoa vastaanottavan kytkennän Thévenin-ekvivalentti impedanssi on sama kuin vastuksen impedanssi.

Kondensaattorien lämpökohina

Kondensaattoreilla terminen Johnson-Nyquist kohina noudattelee kaavaa:

$U_{n}={\sqrt {k_{B}T/C}}$

eli se on suurempaa pienillä kapasitanssiarvoilla.

Puolijohteiden lämpökohina

TODO: ...

Plasman lämpökohina

Haluttaessa tuottaa erittäin voimakkaasti termistä valkoista kohinaa, paras tekniikka on tehdä se korkeajännitteisellä purkausputkella joka on asetettu

TODO: ...

Viitteitä

• Esivahvistin
• Kohinaluku
• Vaihekohina