Kumaha carana ngurangan noise of photodetectors

Kumaha carana ngurangan noise of photodetectors

Noise of photodetectors utamana ngawengku: noise ayeuna, noise termal, noise shot, noise 1/f jeung noise wideband, jsb. Klasifikasi ieu ngan hiji rélatif kasar. Waktos ieu, urang bakal ngenalkeun ciri sareng klasifikasi bising anu langkung rinci pikeun ngabantosan sadayana langkung ngartos dampak rupa-rupa jinis bising dina sinyal kaluaran photodetectors. Ngan ku pamahaman sumber noise urang bisa hadé ngurangan tur ningkatkeun noise of photodetectors, kukituna optimizing ratio signal-to-noise tina sistem.

Shot noise mangrupakeun turun naek acak disababkeun ku alam diskrit pamawa muatan. Utamana dina pangaruh fotoéléktrik, nalika foton nyerang komponén fotosénsitip pikeun ngahasilkeun éléktron, generasi éléktron ieu acak sarta saluyu jeung distribusi Poisson. Ciri spéktral noise shot datar jeung bebas tina gedena frékuénsi, sahingga eta disebut oge white noise. Katerangan matematis: Nilai akar mean square (RMS) noise shot bisa ditembongkeun salaku:

Diantara aranjeunna:

e: Muatan éléktronik (kira-kira 1,6 × 10-19 coulomb)

Idark: ayeuna poék

Δf: Bandwidth

Noise shot sabanding jeung gedena arus jeung stabil dina sagala frékuénsi. Dina rumusna, Idark ngagambarkeun arus poék fotodioda. Hartina, dina henteuna cahaya, photodiode ngabogaan noise arus poék nu teu dihoyongkeun. Salaku noise alamiah dina tungtung pisan hareup photodetector, nu leuwih gede arus poék, nu gede noise tina photodetector nu. Arus poék ogé dipangaruhan ku tegangan operasi bias fotodioda, nyaéta, anu gedé tegangan operasi bias, anu gedé arus poék. Tapi, tegangan kerja bias ogé mangaruhan kapasitansi simpang tina photodetector, ku kituna mangaruhan laju sareng rubakpita photodetector. Sumawona, langkung ageung tegangan bias, langkung ageung laju sareng rubakpita. Ku alatan éta, dina watesan noise shot, ayeuna poék jeung kinerja rubakpita of photodiodes, desain lumrah kudu dilaksanakeun nurutkeun sarat proyék sabenerna.

2. 1/f Kedip-kedip Noise

Noise 1/f, ogé katelah bising kedip-kedip, biasana lumangsung dina rentang frekuensi rendah sareng aya hubunganana sareng faktor sapertos cacad bahan atanapi kabersihan permukaan. Tina diagram karakteristik spéktralna, tiasa katingali yén dénsitas spéktral kakuatanana sacara signifikan langkung alit dina rentang frékuénsi luhur tibatan dina rentang frekuensi rendah, sareng unggal 100 kali paningkatan frekuensi, sora dénsitas spéktral sacara linier turun ku 10 kali. Kapadetan spéktral kakuatan 1/f noise sabanding tibalik jeung frékuénsi, nyaéta:

Diantara aranjeunna:

SI(f): Kapadetan spéktral kakuatan bising

I: Ayeuna

f: Frékuénsi

1/f noise signifikan dina rentang frékuénsi handap sarta weakens sakumaha frékuénsi nambahan. Karakteristik ieu ngajadikeun éta sumber utama gangguan dina aplikasi frekuensi rendah. Noise 1/f jeung noise wideband utamana asalna tina noise tegangan tina panguat operasional jero photodetector nu. Aya loba sumber noise séjén anu mangaruhan noise of photodetectors, kayaning noise catu daya tina amplifier operasional, noise arus, jeung noise termal tina jaringan lalawanan dina gain tina sirkuit amplifier operasional.

3. Tegangan jeung noise ayeuna tina panguat operasional: The tegangan jeung dénsitas spéktral ayeuna ditémbongkeun dina gambar di handap ieu:

Dina sirkuit amplifier operasional, noise ayeuna dibagi kana noise arus fase jeung noise arus inverting. Noise arus fase i+ ngalir ngaliwatan sumber résistansi internal Rs, ngahasilkeun noise tegangan sarimbag u1= i+*Rs. I- Inverting noise arus ngalir ngaliwatan gain sarimbag résistor R pikeun ngahasilkeun equivalent tegangan noise u2= I-* R. Jadi lamun RS tina catu daya badag, tegangan noise dirobah tina noise ayeuna oge kacida gedéna. Ku alatan éta, pikeun ngaoptimalkeun noise hadé, noise catu daya (kaasup résistansi internal) ogé mangrupa arah konci pikeun optimasi. Kapadetan spéktral noise ayeuna henteu robih sareng variasi frekuensi. Ku alatan éta, sanggeus amplified ku sirkuit, éta, kawas ayeuna poék photodiode nu, comprehensively ngabentuk noise shot tina photodetector nu.

4. Noise termal tina jaringan lalawanan pikeun gain (faktor amplifikasi) sirkuit panguat operasional bisa diitung ngagunakeun rumus ieu:

Diantara aranjeunna:

k: konstanta Boltzmann (1,38 × 10-23J/K)

T: Suhu Absolute (K)

R: Résistansi (ohm) noise termal aya hubunganana sareng suhu sareng nilai résistansi, sareng spéktrumna datar. Ieu bisa ditempo tina rumus nu leuwih gede nilai lalawanan gain, nu gede noise termal. Nu leuwih badag rubakpita, nu leuwih gede noise termal ogé bakal. Ku alatan éta, pikeun mastikeun yén nilai lalawanan jeung nilai rubakpita minuhan duanana sarat gain jeung sarat rubakpita, sarta pamustunganana ogé nungtut noise low atawa rasio sinyal-to-noise tinggi, seleksi gain resistors perlu taliti dianggap tur dievaluasi dumasar kana sarat proyék sabenerna pikeun ngahontal idéal sinyal-to-noise ratio sistem.

Ringkesan

Téknologi pamutahiran noise maénkeun peran anu penting dina ningkatkeun kinerja photodetectors sareng alat éléktronik. Precision tinggi hartina noise low. Kusabab téknologi nungtut katepatan anu langkung luhur, syarat pikeun noise, rasio signal-to-noise, sareng kakuatan sora anu sami sareng photodetectors ogé beuki luhur.