Šūvio triukšmas: grandinės, darbo, prieš Johnsono triukšmą ir impulsinį triukšmą bei jo taikymas

Šūvio triukšmą pirmasis sukūrė vokiečių fizikas Walteris Schottky, kuris atliko pagrindinį vaidmenį plėtojant elektronų ir jonų emisijos teoriją. Dirbdamas su termoelektriniais vožtuvais ar vakuuminiais vamzdžiais, jis pastebėjo, kad net pašalinus visus išorinius triukšmo šaltinius, išliko dviejų rūšių triukšmas. Vienas jis nustatė, kad tai buvo temperatūros, vadinamos šiluminiu triukšmu, rezultatas, o likęs – šūvių triukšmas. Į elektros grandinės , yra įvairių tipų triukšmo šaltiniai, pvz., Džonsono / terminis triukšmas, šūvio triukšmas, 1/f triukšmas arba rožinis / mirgėjimo triukšmas. Šiame straipsnyje aptariama a apžvalga šūvio triukšmas – darbas su programomis.

Kas yra Shot Noise?

Elektroninio triukšmo tipas, sukurtas dėl atskiro elektros krūvio pobūdžio, yra žinomas kaip šūvio triukšmas. Elektroninėse grandinėse šis triukšmas turi atsitiktinius nuolatinės srovės svyravimus, nes iš tikrųjų srovė turi elektronų srautą. Šis triukšmas daugiausia pastebimas puslaidininkiniai įtaisai kaip Schottky barjeriniai diodai, PN jungtys ir tunelių jungtys. Ne taip, kaip šiluminis triukšmas, šis triukšmas daugiausia priklauso nuo srovės srauto ir yra ryškesnis PN tunelinių jungčių įrenginiuose.

Šūvio triukšmas yra reikšmingas esant labai mažoms srovėms, daugiausia matuojant trumpomis laiko skalėmis. Šis triukšmas ypač pastebimas, kai srovės lygis nėra didelis. Taigi tai daugiausia lemia statistinis srovės srautas.

Shot Noise grandinė

Eksperimentinė šūvio triukšmo sąranka su nuotraukų surinkimo grandine parodyta žemiau. Ši sąranka apima kintamo intensyvumo lemputę ir fotodiodas kurios sujungtos į paprastą grandinę. Tolesnėje grandinėje multimetras naudojamas RF rezistoriaus, kuris nuosekliai sujungtas su foto grandine, įtampai matuoti.

Jungiklis grandinėje pasirenka, ar fotosrovę (arba) kalibravimo signalą galima perduoti likusiai grandinės daliai. Dešinėje pusėje esantis operatyvinis stiprintuvas yra prijungtas lygiagrečiai su rezistoriumi, todėl šūvio triukšmo surinkimo dėžutė padidina maždaug dešimt kartų.

Osciloskopas naudojamas gautam triukšmo signalui skaitmeniniu būdu įtraukti. Funkcijų generatorius naudojamas nuosekliai su slopintuvu stiprinimo kreivei reguliuoti. Čia mes pradėjome Shot triukšmo eksperimentą labai atsargiai kalibruodami matavimo grandinę per susilpnintą sinusoidinį signalą, naudodami funkcijų generatorių. Stiprinimas įrašomas (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Šio eksperimento metu mes tiesiog užfiksavome triukšmo RMS įtampą, kuri 20 kartų matuojama osciloskopu 8 skirtingoms įtampoms šviesos foto grandinėje VF. Po to nutraukėme nuotraukų grandinę ir užfiksavome triukšmo lygį fone.

Šioje grandinėje matuojamas triukšmas gali būti šiek tiek pakeistas, priklausomai nuo osciloskopo naudojamo integravimo laiko, tačiau jis yra 0,1% neapibrėžtumo diapazone ir galime jį ignoruoti, nes jame dominuoja neapibrėžtis, kurią sukelia osciloskopas. atsitiktiniai įtampos svyravimai.

Shot Noise srovės formulė

Šūvio triukšmas atsiranda, kai srovė teka per a PN jungtis . Yra įvairių sankryžų integrinių grandynų . Barjerų kirtimas yra tiesiog atsitiktinis, o gaunama nuolatinė srovė yra įvairių atsitiktinių elementarių srovės signalų suma. Šis triukšmas yra stabilus virš visų dažnių. Šūvio triukšmo srovės formulė parodyta žemiau.

In = √2qIΔf

kur,

„q“ yra elektrono krūvis, atitinkantis 1,6 × 10–19 kulonų.

„Aš“ yra srovės srautas visoje sankryžoje.

„Δf“ yra dažnių juostos plotis hercais.

Skirtumas B/W Shot Noise, Johnson Noise ir Impulse Noise

Toliau aptariamas skirtumas tarp šūvio triukšmo, Johnsono triukšmo ir impulsinio triukšmo.

Privalumai ir trūkumai

The šūvio triukšmo pranašumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Aukšto dažnio šūvio triukšmas yra ribojantis antžeminių detektorių triukšmas.
• Šis triukšmas tiesiog suteikia vertingos informacijos apie pagrindinius fizinius procesus, išskyrus kitus eksperimentinius metodus.
• Kadangi signalo stiprumas didėja greičiau, santykinė šūvio triukšmo dalis sumažėja ir S/N santykis didėja.

The šūvio triukšmo trūkumai įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Šį triukšmą tiesiog sukelia aptiktų fotonų skaičiaus svyravimai fotodiode.
• Norint kompensuoti signalo praradimą dėl žemųjų dažnių filtro (LPF), susidariusio per tunelio sankryžą, reikia modifikuoti duomenis po matavimo.
• Tai yra kvantiškai riboto intensyvumo triukšmas. Įvairūs lazeriai yra labai arti šūvio triukšmo, kaip minimumo aukšto triukšmo dažniams.

Programos

The šūvio triukšmo pritaikymas įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• Šis triukšmas daugiausia matomas puslaidininkiniuose įrenginiuose, tokiuose kaip PN jungtys, tunelių jungtys ir Schottky barjeriniai diodai.
• Tai reikšminga fundamentaliosios fizikos, optinio aptikimo, elektronikos, telekomunikacijų ir kt.
• Šio tipo triukšmas elektroninėse ir RF grandinėse atsiranda dėl granuliuotos srovės pobūdžio.
• Šis triukšmas yra labai reikšmingas labai mažos galios sistemoje.
• Šis triukšmas yra susijęs su kvantuoto krūvio pobūdžiu ir individualiu nešiklio įpurškimu visoje pn sandūroje.
• Šis triukšmas paprasčiausiai skiriasi nuo srovės svyravimų pusiausvyros sąlygomis, atsirandančių netaikant jokios įtampos ir be normalaus srovės srauto.
• Šūvio triukšmas yra nuo laiko priklausomi elektros srovės svyravimai, kuriuos sukelia elektronų krūvio diskretiškumas.

Q). Kodėl Shot Noise vadinamas baltuoju triukšmu?

A). Šis triukšmas dažnai vadinamas baltuoju triukšmu, nes jo spektrinis tankis yra pastovus. Pagrindiniai baltojo triukšmo pavyzdžiai yra šūvio triukšmas ir terminis triukšmas.

Q). Kas yra komunikacijos triukšmo faktorius?

Tai yra S/N santykio pablogėjimo prietaise matas. Taigi, tai yra S/N santykio i/p ir S/N santykio išvestyje santykis.

Q). Kas yra fotografavimo triukšmas fotodetektoriuje?

A). Fotodetektoriaus šūvio triukšmas aptinkant optinį homodiną yra priskiriamas arba kvantuoto elektromagnetinio lauko nulinio taško svyravimams, kitaip – ​​atskiram fotonų sugerties procedūros pobūdžiui.

Q). Kaip matuojamas šūvio triukšmas?

A). Šis triukšmas matuojamas naudojant tokį kaip šūvio triukšmas = 10 log(2hν/P) dBc/Hz). „c“ dBc yra santykinis su signalu, todėl padauginame iš signalo galios „P“, kad gautume šūvio triukšmo galią dBm/Hz.

Q). Kaip sumažinti šūvio triukšmą?

Šį triukšmą galima sumažinti

1. Signalo stiprumo didinimas: padidinus srovės stiprumą sistemoje sumažės santykinis šūvio triukšmo įnašas.
2. Signalo vidurkio nustatymas: kelių to paties signalo matavimų vidurkis sumažins fotografavimo triukšmą, nes laikui bėgant triukšmas bus suvidurkintas.
3. Triukšmo filtrų įdiegimas: aukšto dažnio triukšmo komponentams iš signalo pašalinti galima naudoti tokius filtrus kaip žemų dažnių filtrai.
4. Temperatūros mažinimas: padidinus sistemos temperatūrą, padidės šiluminio triukšmo kiekis, todėl šūvio triukšmas bus santykinai mažesnis.
5. Tinkamo detektoriaus pasirinkimas: naudojant didesnį aktyvų plotą arba didesnį elektronų surinkimo efektyvumą turintį detektorių, galima sumažinti šūvio triukšmo poveikį.

Taigi, tai yra šūvio triukšmo apžvalga ir jo taikymai. Paprastai šis triukšmas atsiranda, kai yra įtampos skirtumo arba potencialo barjeras. Kai krūvininkai, tokie kaip skylės ir elektronai, kerta barjerą, gali atsirasti šis triukšmas. Pavyzdžiui, tranzistorius, diodas ir vakuuminis vamzdis generuos šūvio triukšmą. Štai jums klausimas, kas yra triukšmas?