ජොන්සන්-නයික්විස්ට් ඝෝෂය

ජොන්සන්-නයික්විස්ට් ඝෝෂය (තාපජ ඝෝෂය, ජොන්සන් ඝෝෂය, හෝ නයික්විස්ට් ඝෝෂය) යනු, යොදන්නාවූ වෝලටීයතාවය කුමක් වුවත් එයින් ස්වායත්තව ඇතිවන්නාවූ හා, සමතුලිතතාවයෙහි පවත්නා විද්‍යුත් සන්නායකයක් තුල ආරෝපණ වාහක වල (සාමාන්‍යයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන වල) තාපජ කළඹනය නිසාවෙන් ජනිත වන්නාවූ විද්‍යුත් ඝෝෂයකි.

තාපජ ඝෝෂය දළ වශයෙන් ශ්වෙත යැයි දැක්වෙන අතර, එහි අරුත වන්නේ, ජව ප්‍රේක්ෂාවලි ඝනත්වය, සංඛ්‍යාත ප්‍රේක්ෂාවලිය පුරාවටම බොහෝ අයුරින් නොවෙනස්ව පවතින බවයි (කෙසේවෙතත් අතිශයින් උච්ච සංඛ්‍යාතයන් පිළිබඳ පහත ඡේදය බලන්න). මීට අමතරව, සංඥාවෙහි විස්තාරය ඉතා කිට්ටුවෙන් ගවුසියානු සම්භාවිතා ඝනත්ව ශ්‍රිතයක් අනුගමනය කරයි.

ඉතිහාසය

1928 දී බෙල් ලැබ්ස් පර්යේෂණාගාරයේදී මෙම ඝෝෂ වර්ගය මුලින්ම මැන බලන ලද්දේ ජෝන් බී. ජොන්සන් විසිනි. බෙල් ලැබ්ස් පර්යේෂණාගාරයෙහිම සේවය කල හැරි නයික්විස්ට් වෙත ඔහු විසින් තම සො‍යාගැනුම් විස්තර කල අතර, එම ප්‍රතිඵල පැහැදිලි කිරීමට නයික්විස්ට් හට හැකිවී ඇත.

ඝෝෂ වෝල්ටීයතාවය හා ජවය

වෝල්ටීයතාවයක් යොදවා එනයින් මහේක්ෂ ධාරාවක් ගැලීම ඇරඹුනු කල ඇතිවන්නාවූ අමතර ධාරා උච්චාවචනයන් සහිත වන්නාවූ තාපජ ඝෝෂය වෙඩි ඝෝෂයෙන් වෙනස් වෙයි. සාධාරණ අවස්ථාව සඳහා, ඉහත අර්ථදැක්වීම ප්‍රතිරෝධයන් පමණක් නොව, ඕනෑම සන්නායක මාධ්‍යයක ඇති ආරෝපණ වාහකයක් (නිද. විද්‍යුත් විච්ඡේද්‍යයක අයන) සඳහා අදාළ වෙයි. පරිපූර්ණ-නොවන ප්‍රතිරෝධයක ඝෝෂය නිරූපණය කෙරෙන වෝලටීයතා ප්‍රභවයක් හා ශ්‍රේණිගතව සම්බන්ධ කර ඇති පරිපූර්ණ ඝෝෂ විරහිත ප්‍රතිරෝධයක් භාවිතයෙන් එය ප්‍රතිරූපනය කල හැක.

ජව ප්‍රේක්ෂාවලි ඝනත්වය, හෝ කලාප පළල හර්ට්ස් එකක් සඳහා වෝලටීයතා විචලතාව (මධ්‍යන්‍ය වර්ග), දෙනු ලබන්නේ

${\bar {v_{n}^{2}}}=4k_{B}TR$

වෙතින් වන අතර, එහි k_B වනාහී කෙල්වින් එකක් සඳහා ජූල් වලින් දැක්වෙන බෝල්ට්ස්මාන් නියතය වන අතර, T යනු කෙල්වින් වලින් දැන්වෙන ප්‍රතිරෝධයේ නිරපේක්ෂ උෂ්ණත්වය සහ, R යනු ඔම් (Ω) වලින් දැක්වෙන ප්‍රතිරෝධයේ අගය වෙයි. මෙම සමීකරණය භාවිතයෙන් ලහි ගණනයක් කරමු:

${\sqrt {\bar {v_{n}^{2}}}}=0.13{\sqrt {R}}~\mathrm {nV} /{\sqrt {\mathrm {Hz} }}.$

නිදසුනක් ලෙසින්, 1 kΩ ප්‍රතිරෝධයක් 300 K උෂ්ණත්වයකදී සහිත වන්නේ

${\sqrt {\bar {v_{n}^{2}}}}={\sqrt {4\cdot 1.38\cdot 10^{-23}~\mathrm {J} /\mathrm {K} \cdot 300~\mathrm {K} \cdot 1~\mathrm {k} \Omega }}=4.07~\mathrm {nV} /{\sqrt {\mathrm {Hz} }}.$

දී ඇති කලාප-පළලකට, වෝලටීයතාවයේ වර්ග මධ්‍යන්‍ය මූලය (RMS), $v_{n}$, දෙනු ලබන්නේ

$v_{n}={\sqrt {\bar {v_{n}^{2}}}}{\sqrt {\Delta f}}={\sqrt {4k_{B}TR\Delta f}}$

වෙතින් වන අතර, මෙහි Δf යනු ඝෝෂය මනින කලාප-පළල හර්ට්ස් වලින් වෙයි. කාමර උෂ්ණත්වයෙහිදී හා 10 kHz කලාප-පළලකට, 1 kΩ ප්‍රතිරෝධයක් සඳහා RMS ඝෝෂ වෝලටීයතාවය වන්නේ 400 nV වෙයි.. ධාරණය කර ගත යුතු ප්‍රයෝජනවත් ආනුභූතික රීතියක් වන්නේ, කාමර උෂ්ණත්වයේදී හා 1 Hz කලාප-පළලකදී 50 Ω ‍අනුරූප වන්නේ 1 nV ඝෝෂයකට බවයි.

ලුහුවත් කොට ඇති ප්‍රතිරෝධයක් උත්සර්ජනය කරන ඝෝෂ ජවය වන්නේ

$P={\bar {v_{n}^{2}}}/R=4k_{B}\,T\Delta f.$

ප්‍රතිරෝධයක ජනනය වන ඝෝෂය ඉතිරි පරිපථයට සමර්පණය විය හැක; උපරිම ඝෝෂ ජව සමර්පණය සිදුවන්නේ, ඉතිරි පරිපථයෙහි තෙවනින් සමක ප්‍රතිරෝධය හා ඝෝෂ ජනන ප්‍රතිරෝධය සමාන වන විට ඇතිවන සම්බාධක ගැළැපුම හා සමගිනි. මෙම අවස්ථාවට සහභාගී වන්නාවූ එක් එක් ප්‍රතිරෝධ දෙක විසින් එය තුල හා අනෙකුත් ප්‍රතිරෝධය තුල යන ස්ථාන දෙකෙහිම ඝෝෂය උත්සර්ජනය කෙරෙයි. මෙම ප්‍රතිරෝධයන් දෙකෙන් එකක් හරහා ඇතිවන වෝල්ටීයතා බැස්ම වන්නේ මූලාශ්‍ර වෝල්ටීයතාවයෙන් අඩක් පමණක් බැවින්, ඵලිත ඝෝෂ ජවය වන්නේ

$P=k_{B}\,T\Delta f$

මෙහි P යනු තාපජ ඝෝෂ ජවය වොට් වලිනි. මෙය ඝෝෂ ජනන ප්‍රතිරෝධයෙන් ස්වායත්ත බව සටහන් කර ගන්න.