Fotodetektorlarning shovqinini qanday kamaytirish mumkin

Fotodetektorlarning shovqinini qanday kamaytirish mumkin

Fotodetektorlarning shovqini asosan quyidagilarni o'z ichiga oladi: tok shovqini, termal shovqin, zarba shovqini, 1/f shovqini va keng polosali shovqin va boshqalar. Bu tasnif nisbatan qo'pol. Bu safar biz har kimga turli xil 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 zaryad tashuvchilarning diskret tabiati tufayli yuzaga keladigan tasodifiy tebranishdir. Ayniqsa, fotoelektr effektida, fotonlar fotosensitiv komponentlarga urilib elektronlar hosil qilganda, bu elektronlarning hosil bo'lishi tasodifiy bo'ladi va Puasson taqsimotiga mos keladi. Otish shovqinining spektral xususiyatlari tekis va chastota kattaligiga bog'liq emas, shuning uchun u 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

Δf: O'tkazish qobiliyati

Otish shovqini tok kattaligiga mutanosib va ​​barcha chastotalarda barqaror. Formuladagi Idark fotodiodning qorong'u tokini ifodalaydi. Ya'ni, yorug'lik bo'lmaganda, fotodiod kiruvchi qorong'u tok shovqiniga ega. Fotodetektorning eng oldingi uchidagi ichki shovqin sifatida, qorong'u tok qanchalik katta bo'lsa, fotodetektorning shovqini shunchalik katta bo'ladi. Qorong'u tokka fotodiodning yonish ish kuchlanishi ham ta'sir qiladi, ya'ni yonish ish kuchlanishi qanchalik katta bo'lsa, qorong'u tok shuncha katta bo'ladi. Biroq, yonish ish kuchlanishi fotodetektorning ulanish sig'imiga ham ta'sir qiladi va shu bilan fotodetektorning tezligi va o'tkazish qobiliyatiga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, yonish kuchlanishi qanchalik katta bo'lsa, tezlik va o'tkazish qobiliyati shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun, fotodiodlarning yonish shovqini, qorong'u tok va o'tkazish qobiliyatining ishlashi nuqtai nazaridan, loyihaning haqiqiy talablariga muvofiq oqilona dizayn amalga oshirilishi kerak.

2. 1/f miltillovchi shovqin

1/f shovqin, shuningdek, miltillovchi shovqin deb ham ataladi, asosan past chastotali diapazonda uchraydi va material nuqsonlari yoki sirt tozaligi kabi omillar bilan bog'liq. Uning spektral xarakteristik diagrammasidan ko'rinib turibdiki, uning quvvat spektral zichligi yuqori chastotali diapazonda past chastotali diapazonga qaraganda ancha kichikroq va chastotaning har 100 baravar oshishi bilan spektral zichlik shovqini chiziqli ravishda 10 baravar kamayadi. 1/f shovqinning quvvat spektral zichligi chastotaga teskari proportsionaldir, ya'ni:

Ular orasida:

SI(f): Shovqin kuchining spektral zichligi

Men: Hozirgi

f: Chastota

1/f shovqin past chastotali diapazonda sezilarli darajada bo'ladi va chastota oshgani sayin zaiflashadi. Bu xususiyat uni past chastotali dasturlarda asosiy shovqin manbaiga aylantiradi. 1/f shovqini va keng polosali shovqin asosan fotodetektor ichidagi operatsion kuchaytirgichning kuchlanish shovqinidan kelib chiqadi. Fotodetektorlarning shovqiniga ta'sir qiluvchi boshqa ko'plab shovqin manbalari mavjud, masalan, operatsion kuchaytirgichlarning quvvat manbai shovqini, tok shovqini va operatsion kuchaytirgich zanjirlarining kuchaytirish koeffitsientidagi qarshilik tarmog'ining termal shovqini.

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

Operatsion kuchaytirgich sxemalarida tok shovqini faza ichidagi tok shovqini va teskari tok shovqiniga bo'linadi. Faza ichidagi tok shovqini i+ manba ichki qarshiligi Rs orqali oqib o'tadi va u1= i+*Rs ekvivalent kuchlanish shovqinini hosil qiladi. I- Teskari tok shovqini kuchaytirish ekvivalenti R rezistori orqali oqib o'tib, u2= I-* R ekvivalent kuchlanish shovqinini hosil qiladi. Shunday qilib, quvvat manbaining RS katta bo'lganda, tok shovqinidan aylantirilgan kuchlanish shovqini ham juda katta bo'ladi. Shuning uchun, yaxshiroq shovqinni optimallashtirish uchun quvvat manbai shovqini (shu jumladan ichki qarshilik) ham optimallashtirishning asosiy yo'nalishi hisoblanadi. Tok shovqinining spektral zichligi chastota o'zgarishi bilan ham o'zgarmaydi. Shuning uchun, sxema tomonidan kuchaytirilgandan so'ng, u, fotodiodning qorong'u oqimi kabi, fotodetektorning zarba shovqinini har tomonlama hosil qiladi.

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

Ular orasida:

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

T: Absolyut harorat (K)

R: Qarshilik (ohm) termal shovqini harorat va qarshilik qiymati bilan bog'liq va uning spektri tekis. Formuladan ko'rinib turibdiki, kuchaytirish qarshiligi qiymati qanchalik katta bo'lsa, termal shovqin ham shunchalik katta bo'ladi. O'tkazish qobiliyati qanchalik katta bo'lsa, termal shovqin ham shunchalik katta bo'ladi. Shuning uchun, qarshilik qiymati va o'tkazish qobiliyati qiymati ham kuchaytirish talablariga, ham o'tkazish qobiliyati talablariga javob berishini va oxir-oqibat past shovqin yoki yuqori signal-shovqin nisbatini talab qilishini ta'minlash uchun kuchaytirish rezistorlarini tanlash tizimning ideal signal-shovqin nisbatiga erishish uchun haqiqiy loyiha talablariga asoslanib diqqat bilan ko'rib chiqilishi va baholanishi kerak.

Xulosa

Shovqinni kamaytirish texnologiyasi fotodetektorlar va elektron qurilmalarning ish faoliyatini yaxshilashda muhim rol o'ynaydi. Yuqori aniqlik past shovqinni anglatadi. Texnologiya yuqori aniqlikni talab qilganligi sababli, fotodetektorlarning shovqin, signal-shovqin nisbati va ekvivalent shovqin kuchiga bo'lgan talablar ham tobora ortib bormoqda.