ショットノイズ計算機

ショットノイズは、電荷の離散性によって電子デバイスに発生する一種の電子ノイズです。この計算機を使用すると、電流、帯域幅、そして電気素電荷に基づいてショットノイズを計算できます。

歴史的背景

ショットノイズは、1918年にWalter Schottkyが真空管を研究中に初めて観測されました。これは、電荷担体（電子など）が導体にランダムに到達することにより、電流の揺らぎを引き起こします。

計算式

ショットノイズを計算する式は次のとおりです。

\[ \text{ショットノイズ (A/√Hz)} = \sqrt{2 \times e \times I \times \Delta f} \]

ここで：

• \( e \) は電気素電荷（\(1.602176634 \times 10^{-19} \text{ C}\)）
• \( I \) は電流（アンペア）
• \( \Delta f \) は帯域幅（ヘルツ）

計算例

電流が\(1 \times 10^{-3}\) A（1 mA）で帯域幅が\(1000\) Hzの場合、ショットノイズは次のように計算されます。

\[ \text{ショットノイズ} = \sqrt{2 \times 1.602176634 \times 10^{-19} \times 1 \times 10^{-3} \times 1000} \approx 1.798 \times 10^{-12} \text{ A/√Hz} \]

重要性と使用例

ショットノイズは、精密測定や通信システムにおいて非常に重要であり、電子デバイスの感度の基本的な限界を設定します。特に、フォトダイオードや電子顕微鏡などの低電流アプリケーションにおいて重要です。

よくある質問

1. ショットノイズの原因は何ですか？

   • ショットノイズは、電子デバイス内の電荷担体のランダムな離散性に起因し、電流の揺らぎを引き起こします。

2. ショットノイズを低減するにはどうすればよいですか？

   • ショットノイズは、電流または帯域幅を下げることで低減できますが、アプリケーションによっては必ずしも実行可能とは限りません。

3. ショットノイズは熱雑音と同じですか？

   • いいえ、ショットノイズは電荷の量子化された性質によるものであり、熱雑音は温度による電子のランダムな運動に起因します。