Шум от изстрел: верига, работа, срещу Джонсън шум и импулсен шум и неговите приложения

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Изстрелният шум е разработен за първи път от немския физик, а именно „Валтер Шотки“, който изигра основна роля в разширяването на теорията за емисиите на електрони и йони. Докато работеше върху термоелектронни вентили или вакуумни тръби, той забеляза, че дори когато всички външни източници на шум бяха премахнати, оставаха два вида шум. Единият, който той определи, е резултат от температурата, който е известен като топлинен шум, докато останалият е шум от изстрел. в електрически вериги , има различни видове източници на шум като Johnson/термичен шум, шум от изстрел, 1/f шум или розов/трептящ шум. Тази статия обсъжда общ преглед на a шум от изстрел – работа с приложения.


Какво е изстрелен шум?

Вид електронен шум, създаден от дискретната природа на електрическия заряд, е известен като изстрелен шум. В електронните вериги този шум има произволни колебания в постоянен ток, тъй като всъщност токът има поток от електрони. Този шум се забелязва главно в полупроводникови устройства като бариерни диоди на Шотки, PN преходи и тунелни преходи. Не като термичния шум, този шум зависи главно от потока на тока и е по-очевиден при PN тунелни преходни устройства.



Шумът от изстрел е значителен при изключително малки токове, главно при измерване на кратки времеви мащаби. Този шум е особено забележим, когато текущите нива не са високи. Така че това се дължи главно на статистическия поток на тока.

Верига за шум от изстрел

Експерименталната настройка на ударния шум със схема за сглобяване на снимки е показана по-долу. Тази настройка включва крушка с променлив интензитет и фотодиод които са свързани към проста верига. В следната схема мултиметърът се използва за измерване на захранващото напрежение през RF резистор, който е свързан последователно с фото веригата.



Превключвател във веригата избира дали фототокът (или) сигналът за калибриране може да бъде подаден към останалата част от веригата. Операционният усилвател, който е от дясната страна, е свързан паралелно с резистора, което води до около десетократно усилване на монтажната кутия на ударния шум.

  Верига за шум от изстрел
Верига за шум от изстрел

Осцилоскопът се използва за цифрово включване на получения шумов сигнал. Функционален генератор се използва последователно с атенюатор за регулиране на кривата на усилване. Тук започнахме експеримента с ударния шум с много внимателно калибриране на измервателната верига чрез отслабен синусоидален сигнал с помощта на функционален генератор. Печалбата се записва (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

  PCBWay

По време на този експеримент ние просто записахме RMS напрежението на шума, което се измерва от осцилоскопа 20 пъти за 8 различни напрежения в светлинната фото верига VF. След това прекъснахме фото веригата и записахме нивото на шума във фонов режим.

В тази схема шумът, който се измерва, може леко да се промени в зависимост от времето за интегриране, използвано от осцилоскопа, но това варира от порядъка на 0,1% несигурност и можем да го игнорираме, тъй като е доминиран от несигурността, причинена от случайни колебания в напрежението.

Токова формула за ударен шум

Шум от изстрел възниква, когато токът протича през a PN кръстовище . Налице са различни кръстовища интегрални схеми . Преминаването на бариерата е просто произволно и произведеният постоянен ток е сбор от различни произволни елементарни токови сигнали. Този шум е стабилен над всички честоти. Формулата за тока на ударния шум е показана по-долу.

In = √2qIΔf

Където,

„q“ е зарядът на електрона, който е еквивалентен на 1,6 × 10-19 кулона.

„I“ е потокът от ток през кръстовището.

„Δf“ е честотната лента в Херц.

Разлика в черно-бял шум от изстрел, Джонсън и импулсен шум

Разликата между ударен шум, шум на Джонсън и импулсен шум са обсъдени по-долу.

Шум от изстрел

Джонсън шум

Импулсен шум

Шумът, който възниква поради дискретния характер на зарядите, пренасяни през електрони/дупки, е известен като ударен шум. Шумът, който се генерира от термичното разбъркване на носителите на заряд, е известен като шум на Джонсън. Шумът, който съдържа бърз остър звук, в противен случай бърз удар с продължителност на изстрел като изстрел, е известен като импулсен шум.
Този шум е известен още като квантов шум. Шумът на Джонсън се нарича още шум на Найкуист/термичен шум. Импулсният шум е известен още като шум от импулси.
Този шум не зависи от честотата и температурата. Този шум е пропорционален на температурата. Това не зависи от температурата.
Този шум възниква главно при броене на фотони в оптични устройства, където и да е свързан с естеството на частиците на лъча. Топлинният шум възниква главно от произволното движение на свободните електрони в рамките на проводник, което е резултат от термично възбуждане. Импулсният шум възниква главно при гръмотевични бури и преходни процеси на напрежение чрез електромеханични превключващи системи.

Предимства и недостатъци

The предимства на изстрелния шум включват следното.

  • Изстрелният шум при високи честоти е ограничаващият шум за наземните детектори.
  • Този шум просто предоставя ценна информация за основните физически процеси извън другите експериментални методи.
  • Тъй като силата на сигнала се повишава по-бързо, тогава относителният дял на шума от изстрела намалява и съотношението S/N се увеличава.

The недостатъци на изстрелния шум включват следното.

  • Този шум е просто причинен от колебанията в броя на откритите фотони на фотодиода.
  • Нуждае се от модификация на данните след измерването, за да компенсира загубата на сигнал поради нискочестотния филтър (LPF), образуван през тунелното съединение.
  • Това е шум с квантово ограничен интензитет. Различните лазери са много близки до изстрелния шум, като минимум за честоти с висок шум.

Приложения

The приложения на изстрелния шум включват следното.

  • Този шум се вижда главно в полупроводникови устройства като PN преходи, тунелни преходи и диоди с бариера на Шотки.
  • Той е важен във фундаменталната физика, оптичното откриване, електрониката, телекомуникациите и др.
  • Този тип шум се среща в електронни и радиочестотни вериги като ефект от природата на гранулирания ток.
  • Този шум е много значим в система с много ниска мощност.
  • Този шум е свързан с квантуваната природа на заряда и индивидуалното инжектиране на носител в целия pn-преход.
  • Този шум просто се разграничава от колебанията на тока в равновесие, които възникват без приложено напрежение и без нормален поток на ток.
  • Шумът от изстрела е зависимите от времето колебания в рамките на електрическия ток, причинени от дискретността на заряда на електрона.

Q). Защо изстрелният шум се нарича бял шум?

А). Този шум често е известен като бял шум, защото има постоянна спектрална плътност. Основните примери за бял шум са ударен шум и термичен шум.

Q). Какъв е шумовият фактор в комуникацията?

Това е мярката за влошаване на съотношението S/N в устройството. И така, това е съотношението на съотношението S/N при i/p към съотношението S/N на изхода.

Q). Какво е изстрелен шум във фотодетектора?

А). Шумът от изстрела във фотодетектора при откриването на оптична хомодина се приписва или на флуктуациите на нулевата точка на квантуваното електромагнитно поле, или на отделния характер на процедурата за поглъщане на фотони.

Q). Как се измерва шумът от изстрела?

А). Този шум се измерва, като се използва този като изстрелен шум = 10 log(2hν/P) в dBc/Hz). „C“ в рамките на dBc е относително към сигнала, като по този начин ние умножаваме по мощността на сигнала „P“, за да получим мощността на ударния шум в рамките на dBm/Hz.

Q). Как намалявате шума от изстрела?

Този шум може да бъде намален чрез

  1. Увеличаване на силата на сигнала: Увеличаването на количеството ток в системата ще намали относителния принос на ударния шум.
  2. Осредняване на сигнала: Осредняването на множество измервания на един и същ сигнал ще намали шума от изстрела, тъй като шумът ще бъде осреднен с времето.
  3. Внедряване на шумови филтри: Филтри като нискочестотни филтри могат да се използват за премахване на високочестотни шумови компоненти от сигнала.
  4. Намаляване на температурата: Повишаването на температурата на системата ще увеличи количеството на топлинния шум, правейки шума от изстрела относително по-малко значим.
  5. Избор на правилния детектор: Използването на детектор с по-голяма активна площ или по-висока ефективност на събиране на електрони може да намали въздействието на изстрелния шум.

По този начин, това е преглед на изстрелния шум и неговите приложения. Обикновено този шум се появява винаги, когато има разлика в напрежението или потенциална бариера. След като носителите на заряд като дупки и електрони преминат бариерата, тогава може да се генерира този шум. Например транзистор, диод и вакуумна тръба ще генерират изстрелен шум. Ето един въпрос към вас, какво е шум?