熱雑音（ねつざつおん、）は、抵抗体内の自由電子の不規則な熱振動（ブラウン運動）によって生じる雑音のことをいう。1927年にこの現象を発見した二人のベル研究所の研究者ジョン・バートランド・ジョンソン及びハリー・ナイキストの名前からジョンソン・ノイズまたはジョンソン-ナイキスト・ノイズとも呼ばれる。
雑音電圧と雑音電流 抵抗体内で発生する雑音の電圧Vn [V]、電流In [A]の実効値は次式で与えられる。ここで電圧は端子を開放した場合、電流は端子を短絡した場合の値である。
ここでk B はボルツマン定数[JK]、T は導体の温度[K]、Δf は帯域幅[Hz]、R は抵抗値[Ω]である。
負荷へ供給される雑音電力 抵抗値 の雑音源に同じ抵抗値の負荷を接続した場合、雑音源による負荷両端の電圧は開放端雑音電圧 の半分となる。したがって、整合した負荷へ供給できる雑音電力は
となる。ここでは負荷自身が発生する雑音を含めず、雑音源から負荷へ供給される分を考えている。開放端電圧と短絡電流は異なる負荷条件での値なので、その積を負荷へ供給される電力とみなすことはできない。
温度290 Kでは、整合負荷への雑音電力は1 Hzの帯域幅当たり約−174 dBmとなる。帯域幅 にわたる電力をdBmで表すと、
である。
低減と利用 熱雑音が問題になるような領域は極めて小さい信号を扱う場合で、そのような場合は、増幅器を極低温まで冷却して極限まで雑音性能を高めることなどがされる。
熱雑音が有効活用される例として、コンピュータの乱数発生器に熱雑音を用いる物がある。
ジョンソン雑音温度計 熱雑音の大きさから熱力学温度を求める方法をジョンソン雑音温度測定という。NISTでは、抵抗体の熱雑音電圧を、ジョセフソン効果に基づく量子電圧雑音源と比較して測定する方法を開発している。電気的な標準に結び付けた温度測定により、温度目盛の検証や過酷な環境で使用する温度計への応用が研究されている。
脚注
関連項目 雑音温度 揺動散逸定理 ショット雑音 ピンクノイズ ブラウン運動 ハリー・ナイキスト ジョン・バートランド・ジョンソン