Fotodetektorlarning shovqinini qanday kamaytirish mumkin

Fotodetektorlarning shovqinini qanday kamaytirish mumkin

Fotodetektorlarning shovqini asosan quyidagilarni o'z ichiga oladi: joriy shovqin, termal shovqin, tortishish shovqini, 1/f shovqin va keng polosali shovqin va boshqalar. Bu tasnif faqat nisbatan qo'poldir. Bu safar biz har xil turdagi shovqinlarning fotodetektorlarning chiqish signallariga ta'sirini yaxshiroq tushunishga yordam berish uchun batafsilroq shovqin xususiyatlari va tasniflarini taqdim etamiz. Faqat shovqin manbalarini tushunish orqali biz fotodetektorlarning shovqinini yaxshiroq kamaytirishimiz va yaxshilashimiz mumkin, shu bilan tizimning signal-shovqin nisbatini optimallashtirishimiz mumkin.

Otish shovqini - bu zaryad tashuvchilarning diskret tabiati tufayli yuzaga keladigan tasodifiy tebranish. Ayniqsa, fotoelektrik effektda, fotonlar elektronlarni hosil qilish uchun fotosensitiv komponentlarga urilganda, bu elektronlarning paydo bo'lishi tasodifiy va Puasson taqsimotiga mos keladi. Otish shovqinining spektral xarakteristikalari tekis va chastota kattaligiga bog'liq emas, shuning uchun uni oq shovqin deb ham ataladi. Matematik tavsif: Otish shovqinining o'rtacha kvadrat (RMS) qiymati quyidagicha ifodalanishi mumkin:

Ular orasida:

e: Elektron zaryad (taxminan 1,6 × 10-19 kulon)

Idark: qorong'u oqim

Df: tarmoqli kengligi

Otish shovqini oqimning kattaligiga mutanosib va ​​barcha chastotalarda barqarordir. Formulada Idark fotodiodning qorong'u oqimini ifodalaydi. Ya'ni, yorug'lik bo'lmasa, fotodiodda kiruvchi qorong'u oqim shovqini mavjud. Fotodetektorning eng oldingi qismidagi o'ziga xos shovqin sifatida, qorong'u oqim qanchalik katta bo'lsa, fotodetektorning shovqini shunchalik katta bo'ladi. Qorong'i oqimga fotodiodning ish kuchlanishi ham ta'sir qiladi, ya'ni noto'g'ri ish kuchlanishi qanchalik katta bo'lsa, qorong'u oqim ham shunchalik katta bo'ladi. Shu bilan birga, noto'g'ri ish kuchlanishi fotodetektorning ulanish sig'imiga ham ta'sir qiladi va shu bilan fotodetektorning tezligi va o'tkazish qobiliyatiga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, kuchlanish kuchlanishi qanchalik katta bo'lsa, tezlik va tarmoqli kengligi shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun, tortishish shovqini, qorong'u oqim va fotodiodlarning tarmoqli kengligi bo'yicha, oqilona dizayn loyihaning haqiqiy talablariga muvofiq amalga oshirilishi kerak.

2. 1/f miltillovchi shovqin

1/f shovqin, miltillovchi shovqin deb ham ataladi, asosan past chastotali diapazonda paydo bo'ladi va moddiy nuqsonlar yoki sirt tozaligi kabi omillar bilan bog'liq. Uning spektral xarakteristikasi diagrammasidan ko'rinib turibdiki, uning quvvat spektral zichligi yuqori chastotali diapazonda past chastota diapazoniga qaraganda sezilarli darajada kichikroq va chastotaning har 100 marta oshishi uchun spektral zichlik shovqini chiziqli ravishda 10 marta kamayadi. 1/f shovqinning quvvat spektral zichligi chastotaga teskari proportsionaldir, ya'ni:

Ular orasida:

SI(f): Shovqin kuchi spektral zichligi

Men: Hozirgi

f: chastota

1/f shovqin past chastotali diapazonda muhim va chastota ortishi bilan zaiflashadi. Bu xususiyat uni past chastotali ilovalarda asosiy shovqin manbai qiladi. 1/f shovqin va keng polosali shovqin asosan fotodetektor ichidagi operatsion kuchaytirgichning kuchlanish shovqinidan kelib chiqadi. Fotodetektorlarning shovqiniga ta'sir qiluvchi ko'plab boshqa shovqin manbalari mavjud, masalan, operatsion kuchaytirgichlarning elektr ta'minoti shovqini, oqim shovqini va operatsion kuchaytirgich zanjirlarining kuchayishida qarshilik tarmog'ining termal shovqini.

3. Operatsion kuchaytirgichning kuchlanish va oqim shovqini: kuchlanish va oqim spektral zichliklari quyidagi rasmda ko'rsatilgan:

Operatsion kuchaytirgich davrlarida oqim shovqini fazadagi oqim shovqiniga va inverting oqim shovqiniga bo'linadi. Faza ichidagi tok shovqini i+ manba ichki qarshiligi Rs orqali oqadi, u1= i+*Rs ekvivalent kuchlanish shovqinini hosil qiladi. I- teskari oqim shovqini ekvivalent kuchlanish shovqinini hosil qilish uchun R kuchga ega ekvivalent rezistor orqali oqadi u2= I-* R. Shunday qilib, quvvat manbaining RS katta bo'lsa, oqim shovqinidan aylantirilgan kuchlanish shovqini ham juda katta bo'ladi. Shuning uchun, shovqinni yaxshilash uchun optimallashtirish uchun quvvat manbai shovqini (ichki qarshilikni o'z ichiga olgan holda) ham optimallashtirishning asosiy yo'nalishi hisoblanadi. Hozirgi shovqinning spektral zichligi chastota o'zgarishi bilan ham o'zgarmaydi. Shuning uchun, kontaktlarning zanglashiga olib borganidan so'ng, u fotodiodning qorong'u oqimi kabi, fotodetektorning tortishish shovqinini har tomonlama hosil qiladi.

4. Operatsion kuchaytirgich sxemasining kuchayishi (kuchaytirish koeffitsienti) uchun qarshilik tarmog'ining issiqlik shovqinini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

Ular orasida:

k: Boltsman doimiysi (1,38 × 10-23J/K)

T: mutlaq harorat (K)

R: Qarshilik (ohm) termal shovqin harorat va qarshilik qiymatiga bog'liq va uning spektri tekis. Formuladan ko'rinib turibdiki, daromad qarshiligi qiymati qanchalik katta bo'lsa, termal shovqin shunchalik katta bo'ladi. O'tkazish qobiliyati qanchalik katta bo'lsa, termal shovqin ham shunchalik katta bo'ladi. Shu sababli, qarshilik qiymati va tarmoqli kengligi qiymati ham daromad talablariga, ham tarmoqli kengligi talablariga javob berishini ta'minlash uchun, shuningdek, past shovqin yoki yuqori signal-shovqin nisbati talab qiladi, tizimning ideal signal-shovqin nisbatiga erishish uchun daromad rezistorlarini tanlashni diqqat bilan ko'rib chiqish va haqiqiy loyiha talablari asosida baholash kerak.

Xulosa

Shovqinni yaxshilash texnologiyasi fotodetektorlar va elektron qurilmalarning ish faoliyatini yaxshilashda muhim rol o'ynaydi. Yuqori aniqlik past shovqin degan ma'noni anglatadi. Texnologiya yuqori aniqlikni talab qilganligi sababli, shovqin, signal-shovqin nisbati va fotodetektorlarning ekvivalent shovqin kuchiga qo'yiladigan talablar ham ortib bormoqda.