Pildimüra: vooluring, töö, vs Johnsoni müra ja impulssmüra ning selle rakendused

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Laskemüra töötas esmakordselt välja saksa füüsik, nimelt 'Walter Schottky', kes mängis olulist rolli elektronide ja ioonide emissiooni teooria laiendamisel. Termiooniliste ventiilide või vaakumtorude kallal töötades täheldas ta, et isegi kui kõik välised müraallikad olid eemaldatud, jäi alles kahte tüüpi müra. Üks, mille ta tuvastas, tuleneb temperatuurist, mida tuntakse termilise mürana, samas kui ülejäänud on tulistamismüra. sisse elektriahelad , on erinevat tüüpi müraallikaid, nagu johnsoni/termiline müra, võttemüra, 1/f müra või roosa/värelusmüra. Selles artiklis käsitletakse ülevaadet a lasu müra – rakendustega töötamine.


Mis on Shot Noise?

Elektrilaengu diskreetsest olemusest tulenevat elektroonilist müra nimetatakse löögimüraks. Elektroonilistes ahelates on sellel müral alalisvoolu juhuslikud kõikumised, kuna tegelikult on voolul elektronide voog. See müra on märgatav peamiselt sisse pooljuhtseadmed nagu Schottky barjääridioodid, PN-ristmikud ja tunneliühendused. Mitte nagu termiline müra, sõltub see müra peamiselt voolu voolust ja see on selgem PN tunneliühendusseadmetes.



Laskmüra on märkimisväärne üliväikeste voolude korral peamiselt lühiajalistel mõõtmistel. See müra on eriti märgatav alati, kui voolutase ei ole kõrge. Nii et selle põhjuseks on peamiselt statistiline vooluvool.

Shot Noise Circuit

Pildimüra eksperimentaalne seadistus fotokoosteahelaga on näidatud allpool. See seadistus sisaldab muutuva valgustugevusega lambipirni ja fotodiood mis on ühendatud lihtsa vooluringiga. Järgmises vooluringis kasutatakse multimeetrit RF-takisti pinge mõõtmiseks, mis on ühendatud fotoahelaga järjestikku.



Ahelas olev lüliti valib, kas fotovoolu (või) kalibreerimissignaali saab anda ülejäänud vooluringile. Paremal küljel asuv op-amp on ühendatud paralleelselt takistiga, mis põhjustab löögimüra montaažikasti umbes kümnekordse võimenduse.

  Shot Noise Circuit
Shot Noise Circuit

Ostsilloskoopi kasutatakse saadud mürasignaali digitaalseks lisamiseks. Võimenduskõvera reguleerimiseks kasutatakse funktsioonigeneraatorit jadamisi summutiga. Siin alustasime Shot-müra katset mõõtmisahela väga hoolika kalibreerimisega nõrgestatud siinussignaali kaudu, kasutades funktsioonigeneraatorit. Võimendus registreeritakse (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

  PCBWay

Selle katse ajal salvestasime lihtsalt müra efektiivpinge, mida mõõdetakse ostsilloskoobiga 20 korda 8 erineva pinge korral valguse fotoahelas VF. Pärast seda katkestasime fotoahela ja salvestasime taustal mürataseme.

Selles vooluringis saab mõõdetavat müra veidi muuta olenevalt ostsilloskoobi poolt kasutatavast integreerimisajast, kuid see jääb vahemikku 0,1% määramatusest ja me võime seda ignoreerida, kuna see domineerib ostsilloskoobi poolt põhjustatud määramatuse kaudu. juhuslikud pinge kõikumised.

Shot Noise vooluvalem

Löögimüra tekib siis, kui vool voolab kogu a PN-ristmik . Seal on erinevad ristmikud integraallülitused . Tõkke ületamine on lihtsalt juhuslik ja toodetav alalisvool on erinevate juhuslike elementaarvoolu signaalide summa. See müra on kõigist sagedustest stabiilne. Pildimüra voolu valem on näidatud allpool.

In = √2qIΔf

kus,

„q” on elektroni laeng, mis võrdub 1,6 × 10–19 kuloniga.

'I' on voolu vool kogu ristmikul.

'Δf' on ribalaius hertsides.

Erinevus mustvalge müra, Johnsoni müra ja impulssmüra

Laskemüra, Johnsoni müra ja impulssmüra erinevust käsitletakse allpool.

Laskmise müra

Johnsoni müra

Impulssmüra

Müra, mis tekib elektronide/aukude kaudu kantavate laengute diskreetsuse tõttu, on tuntud kui löögimüra. Müra, mis tekib laengukandjate termilise segamise kaudu, on tuntud kui Johnsoni müra. Müra, mis hoiab endas kiiret teravat heli, vastasel juhul kiiret pauku, mis kestab nagu püstollask, nimetatakse impulssmüraks.
Seda müra nimetatakse ka kvantmüraks. Johnsoni müra nimetatakse ka Nyquisti müraks/termiliseks müraks. Impulssmüra on tuntud ka kui purskemüra.
See müra on sagedusest ja temperatuurist sõltumatu. See müra on võrdeline temperatuuriga. See ei sõltu temperatuurist.
See müra esineb peamiselt optiliste seadmete footonite loendamisel, kui see müra on seotud kiire osakeste olemusega. Termiline müra tekib peamiselt vabade elektronide juhusliku liikumise tõttu juhi sees, mis tuleneb termilisest segamisest. Impulssmüra tekib peamiselt äikesetormide ja pingetransientide kaudu elektromehaaniliste lülitussüsteemide kaudu.

Eelised ja miinused

The lasumüra eelised sisaldama järgmist.

  • Maapealsete detektorite jaoks on piirav müra kõrgel sagedusel.
  • See müra annab lihtsalt väärtuslikku teavet põhiliste füüsikaliste protsesside kohta lisaks muudele katsemeetoditele.
  • Kuna signaali tugevus suureneb kiiremini, väheneb võttemüra suhteline osakaal ja S/N suhe suureneb.

The lasumüra puudused sisaldama järgmist.

  • See müra on lihtsalt põhjustatud fotodioodil tuvastatud footonite arvu kõikumisest.
  • See vajab mõõtmisjärgseid andmete muutmist, et kompenseerida tunneli ristmiku kaudu moodustunud madalpääsfiltri (LPF) põhjustatud signaali kadu.
  • See on kvantpiiranguga intensiivsusega müra. Erinevad laserid on võttemürale väga lähedased, minimaalselt kõrgete sageduste puhul.

Rakendused

The lasumüra rakendused sisaldama järgmist.

  • See müra on peamiselt nähtav pooljuhtseadmetes, nagu PN-ristmikud, tunneliühendused ja Schottky barjääridioodid.
  • See on oluline fundamentaalfüüsikas, optilises tuvastamises, elektroonikas, telekommunikatsioonis jne.
  • Seda tüüpi müra esineb elektroonika- ja RF-ahelates granulaarse voolu iseloomu tõttu.
  • See müra on väga väikese energiatarbega süsteemi puhul märkimisväärne.
  • See müra on korrelatsioonis kvantiseeritud laengu olemusega ja individuaalse kandja sissepritsega kogu pn-ristmikul.
  • Seda müra eristatakse lihtsalt voolu kõikumisest tasakaalus, mis tekivad ilma igasuguse pingeta ja ilma normaalse vooluta.
  • Laskmüra on ajast sõltuvad kõikumised elektrivoolus, mis on põhjustatud elektronide laengu diskreetsusest.

Q). Miks võttemüra nimetatakse valgeks müraks?

A). Seda müra nimetatakse sageli valgeks müraks, kuna sellel on ühtlane spektraalne tihedus. Valge müra peamised näited on Shot noise & Thermal noise.

Q). Mis on suhtlemise mürategur?

See on S/N suhte halvenemise mõõt seadmes. Niisiis, see on S/N suhte suhe i/p ja S/N suhte suhe väljundis.

Q). Mis on võttemüra fotodetektoris?

A). Pildimüra fotodetektoris optilise homodüüni tuvastamisel on tingitud kas kvantiseeritud elektromagnetvälja nullpunkti kõikumisest, vastasel juhul footonite neeldumisprotseduuri eraldiseisvast olemusest.

Q). Kuidas löögimüra mõõdetakse?

A). Seda müra mõõdetakse kasutades seda nagu löögimüra = 10 log(2hν/P) ühikutes dBc/Hz). 'c' dBc-s on signaali suhtes, seega korrutame signaali võimsusega 'P', et saada müra võimsus vahemikus dBm/Hz.

Q). Kuidas vähendada võttemüra?

Seda müra saab vähendada

  1. Signaali tugevuse suurendamine: voolutugevuse suurendamine süsteemis vähendab võttemüra suhtelist panust.
  2. Signaali keskmistamine: sama signaali mitme mõõtmise keskmistamine vähendab võttemüra, kuna müra keskmistatakse aja jooksul.
  3. Mürafiltrite rakendamine: filtreid, nagu madalpääsfiltrid, saab kasutada signaalist kõrgsageduslike mürakomponentide eemaldamiseks.
  4. Temperatuuri alandamine: süsteemi temperatuuri tõstmine suurendab soojusmüra, muutes löögimüra suhteliselt vähem oluliseks.
  5. Õige detektori valimine: Suurema aktiivse ala või suurema elektronide kogumise efektiivsusega detektori kasutamine võib vähendada löögimüra mõju.

Seega on see ülevaade lasumürast ja selle rakendused. Tavaliselt tekib see müra alati, kui on pingediferentsiaal või potentsiaalbarjäär. Kui laengukandjad nagu augud ja elektronid barjääri ületavad, saab seda müra tekitada. Näiteks transistor, diood ja vaakumtoru tekitavad kõik löögimüra. Siin on teile küsimus, mis on müra?