Skuddstøy: krets, arbeidsstøy, vs. Johnson-støy og impulsstøy og dens bruksområder

Skuddstøyen ble først utviklet av den tyske fysikeren, nemlig 'Walter Schottky' som spilte en hovedrolle i utvidelsen av elektron- og ionemisjonsteorien. Mens han jobbet med termioniske ventiler eller vakuumrør, observerte han at selv når alle eksterne støykilder var fjernet, gjensto to typer støy. En han bestemte var et resultat av temperaturen som er kjent som termisk støy, mens den gjenværende er skuddstøy. I elektriske kretser , er det forskjellige typer støykilder som johnson/termisk støy, skuddstøy, 1/f-støy eller rosa/flimmerstøy. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over en skuddstøy – jobbe med applikasjoner.

Hva er Shot Noise?

En type elektronisk støy skapt fra den diskrete naturen til elektrisk ladning er kjent som skuddstøy. I elektroniske kretser har denne støyen tilfeldige svingninger i en likestrøm fordi strømmen faktisk har en strøm av elektroner. Denne støyen merkes hovedsakelig i halvlederenheter som Schottky-barrieredioder, PN-kryss og tunnelkryss. Ikke som termisk støy, denne støyen avhenger hovedsakelig av strømmen, og den er mer tydelig i PN-tunnelkoblingsenheter.

Skuddstøy er betydelig med ekstremt små strømmer, hovedsakelig ved måling på korte tidsskalaer. Denne støyen er spesielt merkbar når strømnivåene ikke er høye. Så dette er hovedsakelig på grunn av den statistiske strømflyten.

Shot Noise Circuit

Det eksperimentelle oppsettet for skuddstøy med en fotomonteringskrets er vist nedenfor. Dette oppsettet inkluderer en lyspære med variabel intensitet og fotodiode som er koblet til en enkel krets. I den følgende kretsen brukes multimeteret til å måle spenningstilførselen over en RF-motstand som er koblet i serie med fotokretsen.

En bryter i kretsen velger om fotostrømmen (eller) kalibreringssignalet kan gis til resten av kretsen. Op-ampen som er på høyre side er koblet parallelt med motstanden, noe som gjør at shot noise-monteringsboksen har rundt tidoblet forsterkning.

Oscilloskopet brukes til digitalt å inkorporere det resulterende støysignalet. En funksjonsgenerator brukes i serie med en attenuator for å justere forsterkningskurven. Her begynte vi Shot noise-eksperimentet med svært nøye kalibrering av målekjeden gjennom et dempet sinusformet signal ved hjelp av en funksjonsgenerator. Forsterkningen registreres (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Under dette eksperimentet registrerte vi ganske enkelt RMS-spenningen til støyen som måles av oscilloskopet 20 ganger for 8 forskjellige spenninger i lysfotokretsen VF. Etter det brøt vi fotokretsen og registrerte støynivået i bakgrunnen.

I denne kretsen kan støyen som måles endres litt avhengig av integrasjonstiden brukt av oscilloskopet, men dette varierer i størrelsesorden 0,1 % usikkerhet og vi kan ignorere det, da det domineres av usikkerheten forårsaket av tilfeldige svingninger i spenningen.

Shot Noise Current Formel

Skuddstøy oppstår når strømmen flyter gjennom en PN-kryss . Det er forskjellige veikryss til stede på integrerte kretser . Barrierekryssing er ganske enkelt tilfeldig og likestrømmen som produseres er summen av forskjellige tilfeldige elementære strømsignaler. Denne støyen er stabil over alle frekvenser. Formelen for skuddstøystrøm er vist nedenfor.

In = √2qIΔf

Hvor,

'q' er ladningen på et elektron som tilsvarer 1,6 × 10-19 coulombs.

'I' er strømmen av strømmen gjennom krysset.

'Δf' er båndbredden i Hertz.

Forskjell S/H Shot Noise, Johnson Noise & Impulse Noise

Forskjellen mellom skuddstøy, Johnson-støy og impulsstøy diskuteres nedenfor.

Fordeler og ulemper

De fordelene med skuddstøy Inkluder følgende.

• Skuddstøyen ved høye frekvenser er den begrensende støyen for terrestriske detektorer.
• Denne støyen gir rett og slett verdifull informasjon om grunnleggende fysiske prosesser utover andre eksperimentelle metoder.
• Siden signalstyrken øker raskere, reduseres den relative andelen skuddstøy og S/N-forholdet øker.

De ulemper med skuddstøy Inkluder følgende.

• Denne støyen er ganske enkelt forårsaket av fluktuasjonene i antall detekterte fotoner ved fotodioden.
• Den trenger en modifikasjon av data etter måling for å kompensere for tapet av signal på grunn av lavpassfilteret (LPF) dannet gjennom tunnelkrysset.
• Dette er kvantebegrenset intensitetsstøy. Ulike lasere er svært nær skuddstøy, som et minimum for høye støyfrekvenser.

applikasjoner

De bruk av skuddstøy Inkluder følgende.

• Denne støyen er hovedsakelig synlig i halvlederenheter som PN-kryss, tunnelkryss og Schottky-barrieredioder.
• Det er viktig innen grunnleggende fysikk, optisk deteksjon, elektronikk, telekommunikasjon, etc.
• Denne typen støy oppstår i elektroniske og RF-kretser som en effekt av den granulære strømnaturen.
• Denne støyen er veldig betydningsfull i et system med svært lite strøm.
• Denne støyen er korrelert til den kvantiserte ladningsnaturen og den individuelle bærerinjeksjonen gjennom pn-krysset.
• Denne støyen skilles ganske enkelt fra svingninger av strøm i likevekt som oppstår uten spenning og uten normal strøm.
• Skuddstøy er de tidsavhengige svingningene i elektrisk strøm som er forårsaket av elektronladningens diskrethet.

Q). Hvorfor skuddstøy kalles hvit støy?

EN). Denne støyen er ofte kjent som hvit støy fordi den har en konsistent spektral tetthet. De viktigste eksemplene på hvit støy er skuddstøy og termisk støy.

Q). Hva er støyfaktoren i kommunikasjon?

Det er et mål på nedbrytningen av S/N-forholdet i en enhet. Så det er forholdet mellom S/N-forholdet ved i/p og S/N-forholdet ved utgangen.

Q). Hva er skuddstøy i fotodetektor?

EN). Skuddstøyen i fotodetektoren ved deteksjon av optisk homodyn tilskrives enten nullpunktssvingningene til det kvantiserte elektromagnetiske feltet, ellers til den separate naturen til fotonabsorpsjonsprosedyren.

Q). Hvordan måles skuddstøy?

EN). Denne støyen måles ved å bruke denne som skuddstøy = 10 log(2hν/P) i dBc/Hz). 'c'en i dBc er i forhold til signalet, og derfor multipliserer vi gjennom signaleffekten 'P' for å oppnå skuddstøyeffekten innenfor dBm/Hz.

Q). Hvordan reduserer du Shot Noise?

Denne støyen kan reduseres med

1. Øke signalstyrken: Å øke mengden strøm i systemet vil redusere det relative bidraget fra skuddstøy.
2. Gjennomsnitt av signalet: Gjennomsnitt av flere målinger av det samme signalet vil redusere skuddstøyen, ettersom støyen blir gjennomsnittet ut over tid.
3. Implementering av støyfiltre: Filtre som lavpassfiltre kan brukes til å fjerne høyfrekvente støykomponenter fra signalet.
4. Redusere temperatur: Å øke temperaturen i systemet vil øke mengden termisk støy, noe som gjør skuddstøyen relativt mindre betydelig.
5. Velge riktig detektor: Bruk av en detektor med et større aktivt område eller høyere elektronoppsamlingseffektivitet kan redusere virkningen av skuddstøy.

Dermed er dette en oversikt over skuddstøy og dens applikasjoner. Vanligvis skjer denne støyen når det er en spenningsdifferensial eller potensiell barriere. Når ladningsbærerne som hull og elektroner krysser barrieren, kan denne støyen genereres. For eksempel vil en transistor, en diode og et vakuumrør alle generere skuddstøy. Her er et spørsmål til deg, hva er støy?