Šāviena troksni vispirms izstrādāja vācu fiziķis Valters Šotkijs, kuram bija galvenā loma elektronu un jonu emisijas teorijas paplašināšanā. Strādājot pie termiskiem vārstiem vai vakuuma caurulēm, viņš novēroja, ka pat tad, kad visi ārējie trokšņa avoti bija noņemti, saglabājās divu veidu troksnis. Viens, ko viņš noteica, bija temperatūras rezultāts, ko sauc par termisko troksni, bet pārējais ir šāvienu troksnis. In elektriskās ķēdes , ir dažāda veida trokšņu avoti, piemēram, Džonsona/termiskais troksnis, kadru troksnis, 1/f troksnis vai Pink/mirgojošs troksnis. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par a šāviena troksnis – darbs ar aplikācijām.
Kas ir Shot Noise?
Elektroniskā trokšņa veids, ko rada elektriskā lādiņa diskrēts raksturs, ir pazīstams kā šāviena troksnis. Elektroniskajās shēmās šim troksnim ir nejaušas līdzstrāvas svārstības, jo patiesībā strāvai ir elektronu plūsma. Šis troksnis ir pamanāms galvenokārt iekšā pusvadītāju ierīces piemēram, Šotkija barjerdiodes, PN krustojumi un tuneļu krustojumi. Atšķirībā no termiskā trokšņa, šis troksnis galvenokārt ir atkarīgs no strāvas plūsmas, un tas ir vairāk redzams PN tuneļa savienojuma ierīcēs.
Šāviena troksnis ir nozīmīgs ar ļoti mazām strāvām, galvenokārt mērot īsā laika skalā. Šis troksnis ir īpaši pamanāms, ja strāvas līmenis nav augsts. Tātad tas galvenokārt ir saistīts ar statistisko strāvas plūsmu.
Shot Noise Circuit
Fotografēšanas trokšņa eksperimentālā iestatīšana ar fotoattēlu montāžas ķēdi ir parādīta zemāk. Šajā iestatījumā ietilpst mainīgas intensitātes spuldze un fotodiode kas ir savienoti ar vienkāršu ķēdi. Nākamajā shēmā multimetrs tiek izmantots, lai izmērītu sprieguma padevi RF rezistoram, kas ir savienots virknē ar foto ķēdi.
Slēdzis ķēdē izvēlas, vai fotostrāvu (vai) kalibrēšanas signālu var nodot pārējai ķēdei. Labajā pusē esošais darbības pastiprinātājs ir savienots paralēli rezistoram, izraisot šāviena trokšņa montāžas kārbai aptuveni desmitkārtīgu pastiprinājumu.
Osciloskopu izmanto, lai digitāli iekļautu iegūto trokšņa signālu. Funkciju ģenerators tiek izmantots virknē ar vājinātāju, lai pielāgotu pastiprinājuma līkni. Šeit mēs sākām Shot trokšņa eksperimentu ar ļoti rūpīgu mērīšanas ķēdes kalibrēšanu, izmantojot novājinātu sinusoidālu signālu, izmantojot funkciju ģeneratoru. Pastiprinājums tiek reģistrēts (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).
Šī eksperimenta laikā mēs vienkārši reģistrējām trokšņa RMS spriegumu, ko 20 reizes mēra ar osciloskopu 8 dažādiem spriegumiem gaismas foto ķēdē VF. Pēc tam mēs pārrāvām fotoattēlu ķēdi un ierakstījām trokšņa līmeni fonā.
Šajā shēmā izmērīto troksni var nedaudz mainīt atkarībā no integrācijas laika, ko izmanto osciloskops, tomēr tas ir 0,1% nenoteiktības robežās, un mēs to varam ignorēt, jo tajā dominē nenoteiktība, ko rada osciloskops. nejaušas sprieguma svārstības.
Shot Noise pašreizējā formula
Šāviena troksnis rodas, kad strāva plūst visā a PN krustojums . Ir dažādi krustojumi integrālās shēmas . Barjeras šķērsošana ir vienkārši nejauša, un radītā līdzstrāva ir dažādu nejaušu elementāru strāvas signālu summa. Šis troksnis ir stabils pāri visām frekvencēm. Šāviena trokšņa strāvas formula ir parādīta zemāk.
In = √2qIΔf
kur,
“q” ir elektrona lādiņš, kas ir līdzvērtīgs 1,6 × 10–19 kuloniem.
“I” ir strāvas plūsma visā krustojumā.
“Δf” ir joslas platums hercos.
Atšķirība B/W Shot Noise, Johnson Noise & Impulse Noise
Atšķirība starp šāviena troksni, Džonsona troksni un impulsa troksni ir aplūkota tālāk.
|
Šāviena troksnis |
Džonsona troksnis |
Impulsu troksnis |
| Troksnis, kas rodas caur elektroniem/caurumiem pārnesto lādiņu diskrēto raksturu, ir pazīstams kā šāviena troksnis. | Troksnis, ko rada lādiņnesēju termiskais satraukums, ir pazīstams kā Džonsona troksnis. | Troksnis, kas rada strauju asu skaņu, pretējā gadījumā straujš šāviena ilgums, piemēram, šāviens, ir pazīstams kā impulsa troksnis. |
| Šo troksni sauc arī par kvantu troksni. | Džonsona troksni sauc arī par Nyquist troksni/termisko troksni. | Impulsu troksnis ir pazīstams arī kā eksplozijas troksnis. |
| Šis troksnis nav atkarīgs no frekvences un temperatūras. | Šis troksnis ir proporcionāls temperatūrai. | Tas nav atkarīgs no temperatūras. |
| Šis troksnis galvenokārt rodas fotonu skaitīšanā optiskajās ierīcēs visur, kur šis troksnis ir saistīts ar staru kūļa daļiņu raksturu. | Termiskais troksnis galvenokārt rodas brīvo elektronu nejaušās kustībās vadītājā, kas rodas termiskās sajaukšanas rezultātā. | Impulsu troksnis galvenokārt rodas zibens vētras un sprieguma pārejas laikā, izmantojot elektromehāniskās komutācijas sistēmas. |
Priekšrocības un trūkumi
The šāviena trokšņa priekšrocības iekļaujiet tālāk norādīto.
- Šāviena troksnis augstās frekvencēs ir ierobežojošais troksnis zemes detektoriem.
- Šis troksnis vienkārši sniedz vērtīgu informāciju par fiziskajiem pamatprocesiem, kas pārsniedz citas eksperimentālās metodes.
- Tā kā signāla stiprums palielinās ātrāk, relatīvā kadru trokšņa proporcija samazinās un S/N attiecība palielinās.
The šāviena trokšņa trūkumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Šo troksni vienkārši izraisa fotodiodes atklāto fotonu skaita svārstības.
- Tam nepieciešama pēcmērīšanas datu modifikācija, lai kompensētu signāla zudumu zemas caurlaidības filtra (LPF) dēļ, kas izveidots caur tuneļa krustojumu.
- Tas ir kvantu ierobežotas intensitātes troksnis. Dažādi lāzeri ir ļoti tuvu šāviena trokšņiem, kā minimums augstām trokšņa frekvencēm.
Lietojumprogrammas
The šāviena trokšņa pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.
- Šis troksnis galvenokārt ir redzams pusvadītāju ierīcēs, piemēram, PN savienojumos, tuneļu savienojumos un Šotkija barjerdiodēs.
- Tas ir nozīmīgs fundamentālajā fizikā, optiskajā detektorā, elektronikā, telekomunikācijās utt.
- Šāda veida troksnis ir sastopams elektroniskajās un RF shēmās granulētās strāvas dēļ.
- Šis troksnis ir ļoti nozīmīgs ļoti mazjaudas sistēmā.
- Šis troksnis ir saistīts ar kvantētā lādiņa raksturu un individuālo nesēja injekciju visā pn krustojumā.
- Šo troksni vienkārši nošķir no līdzsvara strāvas svārstībām, kas rodas bez sprieguma un bez normālas strāvas plūsmas.
- Šāviena troksnis ir no laika atkarīgas elektriskās strāvas svārstības, ko izraisa elektronu lādiņa diskrētums.
Q). Kāpēc šāvienu troksni sauc par balto troksni?
A). Šo troksni bieži sauc par balto troksni, jo tam ir konsekvents spektrālais blīvums. Galvenie baltā trokšņa piemēri ir Shot noise un Thermal noise.
Q). Kas ir komunikācijas trokšņa faktors?
Tas ir S/N attiecības pasliktināšanās mērs ierīcē. Tātad tā ir S/N attiecības attiecība pie i/p pret S/N attiecību izejā.
Q). Kas ir šāviena troksnis fotodetektorā?
A). Šāviena troksnis fotodetektorā optiskā homodīna noteikšanā ir saistīts vai nu ar kvantētā elektromagnētiskā lauka nulles punkta svārstībām, pretējā gadījumā ar fotonu absorbcijas procedūras atsevišķo raksturu.
Q). Kā tiek mērīts šāviena troksnis?
A). Šo troksni mēra, izmantojot šādu kā šāviena troksni = 10 log(2hν/P) dBc/Hz). “c” dBc ir attiecībā pret signālu, tāpēc mēs reizinām ar signāla jaudu “P”, lai iegūtu šāviena trokšņa jaudu dBm/Hz robežās.
Q). Kā samazināt šāviena troksni?
Šo troksni var samazināt par
- Signāla stipruma palielināšana: palielinot strāvas stiprumu sistēmā, samazināsies šāviena trokšņa relatīvais ieguldījums.
- Vidēja noteikšana signālam: vairāku viena un tā paša signāla mērījumu vidējais rādītājs samazinās šāviena troksni, jo laika gaitā troksnis tiks aprēķināts vidēji.
- Trokšņu filtru ieviešana: tādus filtrus kā zemas caurlaidības filtrus var izmantot, lai no signāla noņemtu augstfrekvences trokšņa komponentus.
- Temperatūras samazināšana: Sistēmas temperatūras paaugstināšana palielinās termiskā trokšņa daudzumu, padarot šāviena troksni salīdzinoši mazāk nozīmīgu.
- Pareiza detektora izvēle: izmantojot detektoru ar lielāku aktīvo laukumu vai augstāku elektronu savākšanas efektivitāti, var samazināt šāviena trokšņa ietekmi.
Tādējādi tas ir šāviena trokšņa pārskats un tās pielietojumi. Parasti šis troksnis rodas ikreiz, kad pastāv sprieguma starpības vai potenciāla barjera. Kad lādiņnesēji, piemēram, caurumi un elektroni, šķērso barjeru, var rasties šis troksnis. Piemēram, tranzistors, diode un vakuuma caurule radīs šāviena troksni. Šeit jums ir jautājums, kas ir troksnis?
