نویز در مدارهای الکترونیکی در دنیای الکترونیک، نویز (Noise) به عنوان یک عامل مخرب شناخته می‌شود که می‌تواند عملکرد مدارها را تحت تأثیر قرار دهد. نویز به سیگنال‌های ناخواسته‌ای اطلاق می‌شود که بر روی سیگنال اصلی سوار شده و باعث کاهش کیفیت و دقت سیستم می‌شوند. در این مقاله، به بررسی انواع نویز، منابع تولید آن، تأثیرات آن بر مدارهای الکترونیکی و روش‌های کاهش آن می‌پردازیم.
2. تعریف نویز در مدارهای الکترونیکی
نویز در مدارهای الکترونیکی به هرگونه سیگنال ناخواسته‌ای گفته می‌شود که در فرکانس‌ها و دامنه‌های مختلف بر روی سیگنال اصلی قرار می‌گیرد. این سیگنال‌ها می‌توانند ناشی از عوامل داخلی (مانند نویز حرارتی) یا عوامل خارجی (مانند تداخل الکترومغناطیسی) باشند.
3. انواع نویز در الکترونیک
3.1. نویز حرارتی (Thermal Noise)
این نویز به دلیل حرکت تصادفی الکترون‌ها در مقاومت‌ها و هادی‌ها ایجاد می‌شود.
با افزایش دما، میزان نویز حرارتی افزایش می‌یابد.
رابطه نویز حرارتی:��=4����Vn=4kTRBکه در آن:
�k: ثابت بولتزمان
�T: دمای مطلق (کلوین)
�R: مقدار مقاومت
�B: پهنای باند
3.2. نویز شات (Shot Noise)
در اثر عبور جریان از پیوندهای نیمه‌هادی (مانند دیودها و ترانزیستورها) ایجاد می‌شود.
رابطه نویز شات:��=2�����In=2qIDCBکه در آن:
�q: بار الکترون
���IDC: جریان DC
�B: پهنای باند
3.3. نویز فلیکر (Flicker Noise) یا نویز 1/f
در فرکانس‌های پایین غالب است و با افزایش فرکانس کاهش می‌یابد.
در ترانزیستورها و مقاومت‌های کربنی مشاهده می‌شود.
3.4. نویز محیطی (Environmental Noise)
شامل نویزهای ناشی از منابع خارجی مانند:
تداخل الکترومغناطیسی (EMI)
نویز برق شهر (50/60 Hz)
سیگنال‌های رادیویی (RFI)
3.5. نویز کوانتومی (Quantum Noise)
در سیستم‌های کوانتومی و اپتیکال نقش مهمی دارد و ناشی از نوسانات کوانتومی است.
Blue and red electric cables with lightning discharge and sparks realistic composition on dark background vector illustration
4. منابع تولید نویز در مدارها
مقاومت‌ها: نویز حرارتی
ترانزیستورها و دیودها: نویز شات و فلیکر
منابع تغذیه: ریپل و نوسانات ولتاژ
کابل‌ها و اتصالات: نویز القایی و خازنی
محیط: EMI و RFI
5. تأثیر نویز بر عملکرد مدارهای الکترونیکی
کاهش نسبت سیگنال به نویز (SNR)
خطا در پردازش سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ
افزایش نرخ خطا در ارتباطات دیجیتال
کاهش دقت در سیستم‌های اندازه‌گیری
6. روش‌های کاهش نویز در مدارها
6.1. فیلتر کردن
استفاده از فیلترهای پایین‌گذر (LPF) و بالاگذر (HPF) برای حذف نویز در فرکانس‌های نامطلوب.
6.2. شیلدینگ (Shielding)
محافظت مدارها با محفظه‌های فلزی برای کاهش اثر EMI.
6.3. طراحی PCB مناسب
استفاده از زمین (Ground) مناسب
کاهش طول مسیرهای سیگنال
جداسازی بخش‌های دیجیتال و آنالوگ
6.4. استفاده از قطعات کم‌نویز
انتخاب مقاومت‌های فلزی (به جای کربنی)
استفاده از تقویت‌کننده‌های کم‌نویز (LNA)
7. اندازه‌گیری و تحلیل نویز
اسپکتروم آنالایزر: برای بررسی طیف فرکانسی نویز
اوسیلوسکوپ: برای مشاهده نویز در حوزه زمان
نرم‌افزارهای شبیه‌سازی: مانند SPICE و ADS
8. نتیجه‌گیری
نویز یکی از چالش‌های اساسی در طراحی مدارهای الکترونیکی است که می‌تواند عملکرد سیستم را مختل کند. با شناخت انواع نویز و روش‌های کاهش آن، می‌توان مدارهایی با عملکرد بهینه و پایدار طراحی کرد. استفاده از تکنیک‌هایی مانند فیلتر کردن، شیلدینگ و طراحی PCB مناسب، نقش کلیدی در کاهش نویز ایفا می‌کنند.
