Szum elektryczny

Szum jest sygnałem w postaci bardzo dużej liczby impulsów o przypadkowym rozkładzie widmowym generowanych zmiennością różnych wielkości fizycznych. Szumem określa się każdy niepożądany sygnał, zakłócający (ograniczający) użyteczny sygnał elektryczny. 

Podstawowy podział szumów

Ze względu na źródło, szumy dzielimy na wewnętrzne (własne) oraz pochodzące z zewnątrz urządzenia. Szumy zewnętrzne mogą mieć charakter naturalny (np. aktywność słoneczna), choć najczęściej powodują je inne urządzenia - silniki, sieć energetyczna. Szumów wewnętrznych nie można wyeliminować, można jedynie zmniejszać i ograniczać. 

Rodzaje szumów wewnętrznych

Analizując widmo sygnału można wyróżnić szum biały i kolorowy. Szum biały wyróżnia się równomiernym (stałym) rozkładem gęstości mocy w funkcji częstotliwości. Do szumu białego zaliczamy szumy termiczne, śrutowe oraz lawinowe. Szum nie posiadający tak równomiernego rozkładu mocy nazywany szumem kolorowym. Jego najważniejszym rodzajem jest szum różowy, gdzie widmowa gęstość energii zmniejsza się wraz z częstotliwością.

Szumy termiczne generowane są przez bezwładne ruchy cieplne elektronów w rezystancjach obwodu. Wartość szumu termicznego rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Nie jest jednak związana z wartością prądu przepływającego przez element obwodu.

Szumy śrutowe (inaczej Schottky’ego) wynikają z ziarnistości struktury nośnika i generowane są np. w momencie pokonania przez ładunek bariery potencjału (w tranzystorach lub diodach).  Zakłócenia te wynikają z charakteru prądu płynącego przez złącze materiału półprzewodnikowego, który nie jest ciągły ale ma postać wielu nieregularnych impulsów prądowych (fluktuacje prądowe). W lampach szum tego rodzaju wynika z losowej specyfiki momentów emisji elektronów oraz takiego samego rozkładu ich prędkości. Szumy tego rodzaju nie zależą od temperatury, ale ich wartość wzrasta wraz ze wzrostem natężenia płynącego prądu.

Szumy lawinowe generują np. złącza spolaryzowane zaporowo, np diody Zenera (nieregularne impulsy prądowe podczas przebicia lawinowego). Szumy lawinowe, podobnie jak zakłócenia śrutowe, zależą od natężenia prądu złącza. 

Szumy migotania (nadmiarowe) posiadają właściwości szumu różowego. Ich źródłem może być przypadkowa zmienność katodowej emisji elektronów (lampy elektronowe), defekty siatki krystalicznej (półprzewodniki), czy nierównomierny rozkład materiału rezystancyjnego (rezystory).

Szumy strukturalne wynikają z niedoskonałości stosowanych procesów technologicznych i są pokrewnym rodzajem szumów lawinowych. Ten rodzaj szumu generowany jest niejednorodnością półprzewodnikowej struktury powodującej krótkotrwałe przebicia, których efektem są fluktuacje prądowe rejestrowane dla częstotliwości niższych niż 100 Hz. 

Szumy wybuchowe związane są z zanieczyszczeniem materiału półprzewodnikowego. Obecnie wraz z rozwojem technologii zostały one praktycznie wyeliminowane.

Szumy własne układów

W układach elektronicznych szumy mają zazwyczaj wiele źródeł. Na ogół nie są jednak rozpatrywane oddzielnie lecz występują w postaci zsumowanych źródeł szumów i przedstawiane w formie dwóch zastępczych i uproszczonych modeli: źródła napięciowego i prądowego. W praktyce przy obliczeniach szumów używamy napięć. Jeśli szumy nie są skorelowane (brak zgodności faz) ich wypadkowa wartość skuteczna napięcia jest równa pierwiastkowi kwadratowemu z sumy kwadratów wartości napięć skutecznych. poszczególnych szumów. Pełnego obrazu dopełniają widmowe rozkłady gęstości w funkcji częstotliwości.