Fotodetektorların səs-küyünü necə azaltmaq olar

Fotodetektorların səs-küyünü necə azaltmaq olar

Fotodetektorların səs-küyünə əsasən aşağıdakılar daxildir: cərəyan səs-küyü, istilik səs-küyü, atış səs-küyü, 1/f səs-küyü və genişzolaqlı səs-küy və s. Bu təsnifat yalnız nisbətən təxmini bir təsnifatdır. Bu dəfə hər kəsin müxtəlif növ səs-küyün fotodetektorların çıxış siqnallarına təsirini daha yaxşı başa düşməsinə kömək etmək üçün daha ətraflı səs-küy xüsusiyyətləri və təsnifatlarını təqdim edəcəyik. Yalnız səs-küyün mənbələrini anlamaqla fotodetektorların səs-küyünü daha yaxşı azalda və təkmilləşdirə, bununla da sistemin siqnal-səs-küy nisbətini optimallaşdıra bilərik.

Atış səs-küyü, yük daşıyıcılarının diskret təbiətindən qaynaqlanan təsadüfi bir dalğalanmadır. Xüsusilə fotoelektrik effektdə, fotonlar elektron yaratmaq üçün fotosensitiv komponentlərə dəydikdə, bu elektronların generasiyası təsadüfi olur və Puasson paylanmasına uyğun gəlir. Atış səs-küyünün spektral xüsusiyyətləri düzdür və tezlik böyüklüyündən asılı deyil və buna görə də ağ səs-küy adlanır. Riyazi təsvir: Atış səs-küyünün kök orta kvadrat (RMS) dəyəri aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:

Onların arasında:

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

Idark: Qaranlıq cərəyan

Δf: Bant genişliyi

Atış səs-küyü cərəyanın böyüklüyü ilə mütənasibdir və bütün tezliklərdə sabitdir. Düsturda, Idark fotodiodun qaranlıq cərəyanını təmsil edir. Yəni, işığın olmaması halında, fotodiod istənməyən qaranlıq cərəyan səs-küyünə malikdir. Fotodetektorun ən ön ucundakı daxili səs-küy kimi, qaranlıq cərəyan nə qədər böyükdürsə, fotodetektorun səs-küyü də bir o qədər böyükdür. Tünd cərəyan da fotodiodun qərəzli işləmə gərginliyindən təsirlənir, yəni qərəzli işləmə gərginliyi nə qədər böyükdürsə, qaranlıq cərəyan da bir o qədər böyükdür. Bununla belə, qərəzli işləmə gərginliyi fotodetektorun qovşaq tutumuna da təsir göstərir və bununla da fotodetektorun sürətinə və bant genişliyinə təsir göstərir. Üstəlik, qərəzli gərginlik nə qədər böyükdürsə, sürət və bant genişliyi də bir o qədər böyükdür. Buna görə də, fotodiodların atış səs-küyü, qaranlıq cərəyan və bant genişliyi performansı baxımından, faktiki layihə tələblərinə uyğun olaraq ağlabatan dizayn aparılmalıdır.

2. 1/f Titrəyən Səs-küy

1/f səs-küyü, həmçinin titrəmə səs-küyü kimi də tanınır, əsasən aşağı tezlikli diapazonda baş verir və material qüsurları və ya səth təmizliyi kimi amillərlə əlaqədardır. Spektral xarakteristik diaqramından görünür ki, onun güc spektral sıxlığı yüksək tezlikli diapazonda aşağı tezlikli diapazona nisbətən xeyli azdır və tezliyin hər 100 dəfə artması ilə spektral sıxlıq səs-küyü xətti olaraq 10 dəfə azalır. 1/f səs-küyün güc spektral sıxlığı tezliyə tərs mütənasibdir, yəni:

Onların arasında:

SI(f): Səs-küy gücü spektral sıxlığı

Mən: Cari

f: Tezlik

1/f səs-küyü aşağı tezlik diapazonunda əhəmiyyətlidir və tezlik artdıqca zəifləyir. Bu xüsusiyyət onu aşağı tezlikli tətbiqlərdə əsas müdaxilə mənbəyinə çevirir. 1/f səs-küyü və genişzolaqlı səs-küy əsasən fotodetektorun içərisindəki əməliyyat gücləndiricisinin gərginlik səs-küyündən qaynaqlanır. Fotodetektorların səs-küyünə təsir edən bir çox başqa səs-küy mənbəyi də var, məsələn, əməliyyat gücləndiricilərinin enerji təchizatı səs-küyü, cərəyan səs-küyü və əməliyyat gücləndirici dövrələrinin qazancındakı müqavimət şəbəkəsinin istilik səs-küyü.

3. Əməliyyat gücləndiricisinin gərginlik və cərəyan səs-küyü: Gərginlik və cərəyan spektral sıxlıqları aşağıdakı şəkildə göstərilib:

Əməliyyat gücləndirici dövrələrində cərəyan səs-küyü fazalı cərəyan səs-küyünə və inversiya cərəyan səs-küyünə bölünür. Fazalı cərəyan səs-küyü i+ mənbə daxili müqaviməti Rs-dən keçir və ekvivalent gərginlik səs-küyü u1= i+*Rs yaradır. I- Ters çevrilən cərəyan səs-küyü gücləndirmə ekvivalenti R rezistorundan keçir və ekvivalent gərginlik səs-küyü u2= I-* R yaradır. Beləliklə, enerji təchizatının RS böyük olduqda, cərəyan səs-küyündən çevrilən gərginlik səs-küyü də çox böyükdür. Buna görə də, daha yaxşı səs-küy üçün optimallaşdırmaq üçün enerji təchizatı səs-küyü (daxili müqavimət daxil olmaqla) da optimallaşdırmanın əsas istiqamətidir. Cərəyan səs-küyün spektral sıxlığı da tezlik dəyişiklikləri ilə dəyişmir. Buna görə də, dövrə tərəfindən gücləndirildikdən sonra, o, fotodiodun qaranlıq cərəyanı kimi, fotodetektorun atış səs-küyünü hərtərəfli şəkildə əmələ gətirir.

4. Əməliyyat gücləndirici dövrəsinin qazanc (gücləndirmə 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) istilik səs-küyü temperatur və müqavimət dəyəri ilə əlaqədardır və onun spektri düzdür. Düsturdan göründüyü kimi, qazanc müqaviməti dəyəri nə qədər böyükdürsə, istilik səs-küyü də bir o qədər böyükdür. Bant genişliyi nə qədər böyükdürsə, istilik səs-küyü də bir o qədər böyük olacaq. Buna görə də, müqavimət dəyərinin və bant genişliyi dəyərinin həm qazanc tələblərinə, həm də bant genişliyi tələblərinə cavab verdiyini və nəticədə aşağı səs-küy və ya yüksək siqnal-səs-küy nisbəti tələb etdiyini təmin etmək üçün sistemin ideal siqnal-səs-küy nisbətinə nail olmaq üçün qazanc rezistorlarının seçimi diqqətlə nəzərdən keçirilməli və faktiki layihə tələblərinə əsasən qiymətləndirilməlidir.

Xülasə

Səs-küyün azaldılması texnologiyası fotodetektorların və elektron cihazların işinin yaxşılaşdırılmasında mühüm rol oynayır. Yüksək dəqiqlik aşağı səs-küy deməkdir. Texnologiya daha yüksək dəqiqlik tələb etdiyindən, fotodetektorların səs-küy, siqnal-səs-küy nisbəti və ekvivalent səs-küy gücünə olan tələblər də getdikcə artır.