ノイズ（電子機器）

ジョンソン・ナイキスト雑音^{[ 1 ]} （より一般的には熱雑音）は避けられないものであり、印加電圧に関係なく、電気導体内部の電荷キャリア（通常は電子）のランダムな熱運動によって発生します。

熱雑音はほぼ白色雑音であり、そのパワースペクトル密度は周波数スペクトル全体にわたってほぼ均一である。信号の振幅は、ほぼガウス確率密度関数に従う。熱雑音の影響を受ける通信システムは、加法性白色ガウス雑音（AWGN）チャネルとしてモデル化されることが多い。

電子デバイスにおけるショットノイズは、電荷キャリア（電子など）がギャップを通過する際に、電流が統計的にランダムに変動することによって発生します。電子が障壁を横切る場合、電子の到着時間は離散的になります。これらの離散的な到着がショットノイズを示します。通常、ダイオードの障壁が使用されます。 ^{[ 4 ]}ショットノイズは、トタン屋根に降る雨によって発生するノイズに似ています。雨の流れは比較的一定かもしれませんが、個々の雨粒は離散的に到達します。^{[ 5 ]}

ショットノイズ電流i _nの二乗平均平方根値は、ショットキーの公式によって与えられる。

${\displaystyle i_{n}={\sqrt {2Iq\Delta B}}}$

ここで、Iは直流電流、qは電子の電荷、ΔBはヘルツ単位の帯域幅である。ショットキーの公式は、信号の到着が独立していることを前提としている。

真空管は、電子が陰極からランダムに出て陽極（プレート）に到達するため、ショットノイズが発生します。ただし、真空管によってはショットノイズが完全に発生しない場合もあります。空間電荷の存在によって電子の到達時間が平滑化され（電流のランダム性が低減される）、ノイズが軽減されるためです。五極管やスクリーングリッド四極管は、陰極電流がスクリーングリッドと陽極の間でランダムに分岐するため、三極管よりもノイズが大きくなります。

導体や抵抗器では、電子が熱平衡状態になり、材料内で拡散的に移動するため、通常はショットノイズは発生しません。電子の到着時間は離散的ではありません。抵抗素子のサイズが電子-フォノン散乱長よりも短くなると、メゾスコピック抵抗器でショットノイズが発生することが実証されています。^{[ 6 ]}

電流が2つ（またはそれ以上）の経路に分かれる場合、^{[ 7 ]}この分割中に発生するランダムな変動の結果としてノイズが発生します。

このため、トランジスタは、2つのPN接合部からのショットノイズの合計よりも大きなノイズを発生させることになる。

フリッカーノイズ（1/ fノイズとも呼ばれる）は、周波数スペクトルが高周波数域に向かって徐々に減少していく信号またはプロセスであり、ピンク色のスペクトルで表されます。これはほぼすべての電子機器で発生し、さまざまな要因によって引き起こされます。

バーストノイズとは、数百マイクロボルトにも達する2つ以上の離散的な電圧または電流レベルが、ランダムかつ予測不可能なタイミングで、階段状に急激に変化する現象です。オフセット電圧または電流の各変化は、数ミリ秒から数秒続きます。オーディオ回路で発生するパチパチという音や破裂音から、ポップコーンノイズとも呼ばれます。

トランジスタのエミッタからコレクタまで電子が移動するのにかかる時間が、増幅される信号の周期と同程度になる場合、つまり、VHF を超える周波数では、通過時間効果が発生し、トランジスタのノイズ入力インピーダンスが低下します。この効果が顕著になる周波数から、周波数とともに増加し、他のノイズ源をすぐに凌駕します。^{[ 8 ]}

相互変調ノイズ

異なる周波数の信号が同じ非線形媒体を共有する際に発生する。

クロストーク

伝送システムの1つの回路またはチャネルで送信された信号が、別のチャネルの信号に不要な干渉を引き起こす現象。

干渉

媒体を伝わる信号の改変または妨害

大気騒音

静電気ノイズとも呼ばれ、雷雨時の落雷やコロナ放電など、自然界で発生するその他の電気的擾乱によって引き起こされます。

工業騒音

自動車、航空機、点火式電動機、開閉装置、高電圧電線、蛍光灯などの発生源は、産業騒音の原因となります。これらの騒音は、これらのすべての動作において発生する放電によって生じます。

太陽騒音

太陽から発生するノイズは太陽ノイズと呼ばれます。通常の状態では、太陽は高温であるため、ほぼ一定の放射エネルギーを放出していますが、太陽嵐は様々な電気的擾乱を引き起こす可能性があります。太陽ノイズの強度は、太陽活動周期の中で時間とともに変化します。

宇宙ノイズ

遠方の恒星は宇宙雑音と呼ばれるノイズを発生させます。これらの恒星は、個々に地上の通信システムに 影響を与えるには遠すぎますが、その数が多いため、かなりの集団的影響が生じます。宇宙雑音は、8 MHzから 1.43 GHz の範囲で観測されており 、後者の周波数は 21 cm水素線に対応します。人為的なノイズを除けば、約 20 MHz から 120 MHz の範囲で最も強い成分です 。20 MHz 未満の宇宙雑音は電離層にほとんど浸透しませんが、1.5 GHz を超える周波数で最終的に消滅するのは、おそらくその発生メカニズムと星間空間の水素による吸収によって決まると考えられます。

回路内の信号に混入するノイズは、多くの場合望ましくないものです。回路が拾ってしまうノイズを低減するための、さまざまなノイズ低減技術が存在します。

1. ファラデーケージ –回路を囲むファラデーケージは、回路を外部ノイズ源から隔離するために使用できます。ただし、ファラデーケージは、回路自体から発生するノイズ源や、電源を含む入力から持ち込まれるノイズ源には対応できません。
2. 容量結合 –容量結合とは、回路のある部分からの交流信号が、電界の相互作用によって別の部分で拾われてしまう現象です。意図しない結合が発生した場合は、回路レイアウトと接地方法を改善することでその影響を軽減できます。
3. グランドループ – 回路を接地する際には、グランドループを避けることが重要です。グランドループは、2つの接地接続間に電圧差がある場合に発生します。これを解決する良い方法は、グランドバス内のすべての接地線を同じ電位にすることです。
4. シールドケーブル –シールドケーブルは、配線用のファラデーケージと考えることができ、高感度回路における不要なノイズから配線を保護します。シールドを効果的に機能させるには、接地する必要があります。シールドの片端のみを接地することで、シールド上のグランドループを回避できます。
5. ツイストペア配線 –回路内の電線を撚り合わせることで、電磁ノイズを低減できます。電線を撚り合わせると、磁場が通過して電線間に電流を流すループのサイズが小さくなります。撚り合わせた電線間には小さなループが存在する可能性がありますが、これらのループを通過する磁場は、各電線の交互のループに逆方向の電流を誘導するため、正味のノイズ電流は発生しません。
6. ノッチフィルタ – ノッチフィルタ、または帯域除去フィルタは、特定のノイズ周波数を除去するのに役立ちます。例えば、建物内の送電線は50Hzまたは60Hzの 周波数で動作しています。感度の高い回路では、この周波数がノイズとして拾われてしまいます。送電線周波数に同調させたノッチフィルタを使用することで、このノイズを除去できます。

熱雑音は回路の冷却によって低減できるが、これは通常、電波望遠鏡のような高精度・高付加価値の用途でのみ用いられる。