Fotodetektorların səs-küyünü necə azaltmaq olar

Fotodetektorların səs-küyünü necə azaltmaq olar

Fotodetektorların səs-küyünə əsasən aşağıdakılar daxildir: cari səs-küy, termal səs-küy, atış səsi, 1/f səs-küy və genişzolaqlı səs-küy və s. Bu təsnifat yalnız nisbətən kobuddur. Bu dəfə biz hamıya müxtəlif səs-küy növlərinin fotodetektorların çıxış siqnallarına təsirini daha yaxşı başa düşmək üçün daha ətraflı səs-küy xüsusiyyətləri və təsnifatlarını təqdim edəcəyik. Yalnız səs-küy mənbələrini başa düşməklə biz fotodetektorların səs-küyünü daha yaxşı azalda və təkmilləşdirə, bununla da sistemin siqnal-küy nisbətini optimallaşdıra bilərik.

Atış səsi yük daşıyıcılarının diskret təbiətindən yaranan təsadüfi dalğalanmadır. Xüsusilə fotoelektrik effektdə, fotonlar elektron yaratmaq üçün fotohəssas komponentlərə toxunduqda, bu elektronların yaranması təsadüfi olur və Puasson paylanmasına uyğun gəlir. Atış səsinin spektral xüsusiyyətləri düzdür və tezlik böyüklüyündən asılı deyil və buna görə də ağ səs-küy adlanır. Riyazi təsvir: Atış səsinin orta kvadrat (RMS) dəyəri aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:

Onların arasında:

e: Elektron yükləmə (təxminən 1,6 × 10-19 kulon)

Idark: Qaranlıq cərəyan

Δf: Bant genişliyi

Atış səsi cərəyanın böyüklüyünə mütənasibdir və bütün tezliklərdə sabitdir. Düsturda Idark fotodiodun qaranlıq cərəyanını təmsil edir. Yəni işıq olmadıqda, fotodiodda arzuolunmaz qaranlıq cərəyan səs-küyü var. Fotodetektorun ən ön ucundakı xas səs-küy kimi, qaranlıq cərəyan nə qədər böyükdürsə, fotodetektorun səs-küyü də bir o qədər çox olur. Qaranlıq cərəyana fotodiodun yan işləmə gərginliyi də təsir edir, yəni əyilmə əməliyyat gərginliyi nə qədər böyükdürsə, qaranlıq cərəyan da bir o qədər çox olur. Bununla belə, əyilmə iş gərginliyi fotodetektorun qovşaq tutumuna da təsir edir və bununla da fotodetektorun sürətinə və bant genişliyinə təsir göstərir. Üstəlik, əyilmə gərginliyi nə qədər böyükdürsə, sürət və bant genişliyi də bir o qədər yüksəkdir. Buna görə də, çəkiliş səs-küyü, qaranlıq cərəyan və fotodiodların bant genişliyi baxımından, ağlabatan dizayn faktiki layihə tələblərinə uyğun olaraq həyata keçirilməlidir.

2. 1/f Flicker Noise

1/f səs-küy, həmçinin titrəmə səsi olaraq da bilinir, əsasən aşağı tezlik diapazonunda baş verir və material qüsurları və ya səth təmizliyi kimi amillərlə əlaqədardır. Onun spektral xarakteristikası diaqramından görünür ki, onun güc spektral sıxlığı yüksək tezlik diapazonunda aşağı tezlik diapazonuna nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə kiçikdir və tezlikdə hər 100 dəfə artımda spektral sıxlıq səs-küyü xətti olaraq 10 dəfə azalır. 1/f səs-küyün güc spektral sıxlığı tezliklə tərs mütənasibdir, yəni:

Onların arasında:

SI(f): Səs-küy gücü spektral sıxlığı

Mən: Cari

f: Tezlik

1/f səs-küy aşağı tezlik diapazonunda əhəmiyyətlidir və tezlik artdıqca zəifləyir. Bu xüsusiyyət onu aşağı tezlikli tətbiqlərdə əsas müdaxilə mənbəyinə çevirir. 1/f səs-küy və genişzolaqlı səs-küy əsasən fotodetektorun daxilindəki əməliyyat gücləndiricisinin gərginlik səs-küyündən yaranır. Fotodetektorların səs-küyünə təsir edən bir çox başqa səs-küy mənbələri var, məsələn, əməliyyat gücləndiricilərinin enerji təchizatı səs-küyü, cari səs-küy və əməliyyat gücləndirici sxemlərin qazanmasında müqavimət şəbəkəsinin istilik səs-küyü.

3. Əməliyyat gücləndiricisinin gərginliyi və cərəyanının səs-küyü: Gərginlik və cərəyan spektral sıxlıqları aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir:

Əməliyyat gücləndirici sxemlərində cərəyan səs-küyü fazadaxili cərəyan səs-küyünə və çevrilən cərəyan səs-küyünə bölünür. Fazadaxili cərəyan səs-küyü i+ mənbənin daxili müqaviməti Rs vasitəsilə axır, ekvivalent gərginlik səsi u1= i+*Rs yaradır. I- Ters çevrilən cərəyan səs-küyü ekvivalent gərginlik səs-küyü yaratmaq üçün qazanc ekvivalent rezistor R vasitəsilə axır u2= I-* R. Beləliklə, enerji təchizatının RS böyük olduqda, cari səs-küydən çevrilən gərginlik səsi də çox böyük olur. Buna görə, daha yaxşı səs-küy üçün optimallaşdırmaq üçün enerji təchizatı səs-küyü (daxili müqavimət daxil olmaqla) da optimallaşdırma üçün əsas istiqamətdir. Cari səs-küyün spektral sıxlığı da tezlik dəyişikliyi ilə dəyişmir. Buna görə də, dövrə ilə gücləndirildikdən sonra, o, fotodiodun qaranlıq cərəyanı kimi, fotodetektorun atış səs-küyünü hərtərəfli formalaşdırır.

4. Əməliyyat gücləndirici dövrəsinin qazancı (gücləndirici əmsalı) üçün müqavimət şəbəkəsinin istilik səs-küyü aşağıdakı düsturla hesablana bilər:

Onların arasında:

k: Boltzman sabiti (1,38 × 10-23J/K)

T: Mütləq Temperatur (K)

R: Müqavimət (ohm) termal səs-küy temperatur və müqavimət dəyəri ilə bağlıdır və onun spektri düzdür. Düsturdan görünə bilər ki, qazanc müqavimət dəyəri nə qədər böyükdürsə, termal səs-küy də bir o qədər çox olur. Bant genişliyi nə qədər böyük olsa, termal səs-küy də bir o qədər çox olacaqdır. Buna görə də, müqavimət dəyərinin və bant genişliyi dəyərinin həm qazanc tələblərinə, həm də bant genişliyi tələblərinə cavab verməsini və nəticədə aşağı səs-küy və ya yüksək siqnal-küy nisbəti tələb etməsini təmin etmək üçün qazanc rezistorlarının seçimini diqqətlə nəzərdən keçirmək və sistemin ideal siqnal-küy nisbətinə nail olmaq üçün faktiki layihə tələbləri əsasında qiymətləndirmək lazımdır.

Xülasə

Səs-küyün təkmilləşdirilməsi texnologiyası fotodetektorların və elektron cihazların məhsuldarlığının artırılmasında mühüm rol oynayır. Yüksək dəqiqlik aşağı səs-küy deməkdir. Texnologiya daha yüksək dəqiqlik tələb etdiyi üçün, fotodetektorların səs-küy, siqnal-küy nisbəti və ekvivalent səs-küy gücünə olan tələblər də getdikcə yüksəlir.