Vì sao điện trở không mắc vào pin vẫn có một điện áp nhiễu rất nhỏ?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Các hạt tải trong điện trở vẫn chuyển động nhiệt dù không có pin đẩy chúng theo một chiều. Những dao động ngẫu nhiên ấy tạo điện áp nhiễu rất nhỏ, gọi là nhiễu Johnson–Nyquist. Điện trở không cần bị hỏng mới có loại nhiễu này.
Đứng yên ở bên ngoài không có nghĩa bên trong đứng yên
Nhìn một điện trở trên bàn, ta thấy hình dạng không đổi. Ở quy mô vi mô, vật liệu và hạt tải vẫn có các chuyển động liên quan trạng thái nhiệt.
Chúng không tạo một dòng có hướng ổn định như khi mắc nguồn điện một chiều. Tuy nhiên, sự phân bố ngẫu nhiên biến đổi theo thời gian có thể làm chênh điện thế hai đầu dao động quanh mức trung bình.
Vì điện áp rất nhỏ, việc ghi nó cần mạch đo nhạy và kiểm soát các nguồn tín hiệu không thuộc điện trở.
Trung bình bằng không vẫn có dao động
Một đại lượng lúc dương lúc âm có thể cộng trung bình gần bằng không. Nhưng điều đó không làm mọi giá trị tức thời đều bằng không. Lấy bình phương trước khi xét trung bình cho một cách mô tả mức dao động, tránh việc hai dấu triệt tiêu nhau.
Đây là lý do cần phân biệt điện áp trung bình với điện áp hiệu dụng của nhiễu. Trong mô hình nhiệt cổ điển phù hợp, mức bình phương trung bình tăng theo nhiệt độ khi điện trở và băng đo được giữ cố định; không nên nói mọi cách gọi “biên độ” đều tăng theo cùng một quy luật.
Đo rộng hơn có thể thu nhiều nhiễu hơn
Mạch đo chỉ nhận một dải tần số nhất định. Mở rộng dải có thể đưa thêm các thành phần dao động vào kết quả. Cùng một điện trở vì thế không nhất thiết cho cùng mức nhiễu ghi được qua hai hệ đo khác băng thông.
Ví dụ, thiết bị đọc cảm biến chậm có thể giới hạn dải đo để bớt phần nhiễu không cần thiết, nhưng không thể làm vậy tùy ý nếu vẫn muốn giữ tín hiệu nhanh.
Hiểu lầm: có điện áp nhiễu nghĩa là có thể nối mạch thụ động rồi lấy công mãi từ một môi trường cân bằng nhiệt. Phải xét cả tải và các dao động của toàn hệ; không thể bỏ qua cân bằng năng lượng.
Ghi nhớ: chuyển động nhiệt tạo dao động; trung bình không khác không dao động; nhiệt độ và băng đo cùng tham gia kết quả.
Đọc thêm
- Vì sao ảnh chụp thiếu sáng dễ xuất hiện nhiễu hạt?
- Bộ khuếch đại lock-in tìm tín hiệu yếu giữa nhiễu bằng nhịp tham chiếu ra sao?
- Cầu Wheatstone nhận ra một thay đổi điện trở nhỏ bằng phép so sánh ra sao?