Schrotrauschen

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Elektrisches Schrotrauschen ist eine Form des Rauschens, das immer dann auftritt, wenn ein elektrischer Strom eine Potentialbarriere überwinden muss.

Das Schrotrauschen rührt daher, dass sich der Gesamtstromfluss aus der Bewegung einzelner Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) zusammensetzt, und jeder Ladungsträger für sich diese Barriere überquert. Dieses geschieht nicht gleichmäßig, sondern ist ein stochastischer Prozess. In der Summe sind auch auf makroskopischer Ebene gewisse Schwankungen des Stromflusses zu beobachten.

Das gemittelte Rauschstromquadrat lässt sich durch die Gleichung

\overline{i^2_{\text{Rausch}}} = 2 e I \Delta f \,

ausdrücken, wobei e die Elementarladung, I der im Leiter fließende Strom und \Delta f die Bandbreite der Messung sind. Die Dimension des mittleren Rauschstromquadrates ist daher [A2].

Die Größe des Schrotrauschens hängt also von der Größe des fließenden Stromes ab und zeigt keine direkte Temperaturabhängigkeit. Sie ist dadurch vom Rauschen im thermischen Gleichgewicht, dem Johnson-Nyquist-Rauschen, zu unterscheiden. Das Rauschstromquadrat des Stromes in einem Frequenzband \Delta f ist für technische Frequenzen unabhängig von der Frequenz und proportional zur Breite des Frequenzbandes. Erst ab Frequenzen, deren Periode so kurz wie etwa die Transitzeit ist, fällt der Schroteffekt mit 1/f2 ab.

Schrotrauschen ist in der Elektronik, in der Nachrichtentechnik und in der grundlegenden Physik wichtig, da es als Rauschnormal zur Messung des Rauschens elektronischer Bauteile verwendet werden kann. Verwendet werden dazu Halbleiterdioden mit Lawinendurchbruch. Diese Rauschnormale werden an eine vorgegebene Wellenimpedanz Z angepasst und mit einer Kalibrationstabelle geliefert, welche die Rauschleistungsdichte als Funktion des Diodenstromes angibt. Diese Rauschquelle wird dann dem zu messenden Vierpol vorgeschaltet. Damit kann die Rauschzahl und Rauschtemperatur des Vierpols bestimmt werden.

Schrotrauschen in der Optik[Bearbeiten]

Die Leistung auch einer idealen, monochromatischen Strahlungsquelle ist nicht völlig konstant, sondern weist kleine Abweichungen \Delta p von der mittleren Leistung P auf. Das gemittelte Quadrat der Leistungsabweichungen lässt sich durch die Gleichung

\overline{\Delta p^2} = 2 h \nu P \Delta f \,

ausdrücken, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, \nu die Frequenz des Strahlung (Größenordnung 1014 Hz) und \Delta f die Bandbreite der Messung sind. Da dieses Rauschen nicht durch technische Maßnahmen unterdrückt werden kann, wird auch die Bezeichnung Schrotrauschgrenze verwendet.

Literatur[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]