Skudstøjen blev først udviklet af den tyske fysiker, nemlig 'Walter Schottky', som spillede en hovedrolle i udvidelsen af elektron- og ionemissionsteorien. Mens han arbejdede på termionventiler eller vakuumrør, observerede han, at selv når alle eksterne støjkilder var blevet fjernet, var der to slags støj tilbage. En han fastslog var et resultat af temperaturen, der er kendt som termisk støj, mens den resterende er skudstøj. I elektriske kredsløb , er der forskellige typer støjkilder såsom johnson/termisk støj, skudstøj, 1/f-støj eller lyserød/flimmerstøj. Denne artikel diskuterer en oversigt over en skudstøj – arbejde med applikationer.
Hvad er Shot Noise?
En type elektronisk støj skabt af den diskrete natur af elektrisk ladning er kendt som skudstøj. I elektroniske kredsløb har denne støj tilfældige fluktuationer i en jævnstrøm, fordi strømmen faktisk har en strøm af elektroner. Denne støj er mærkbar primært i halvlederenheder som Schottky-barrieredioder, PN-forbindelser og tunnelforbindelser. Ikke som termisk støj afhænger denne støj hovedsageligt af strømstrømmen, og den er mere tydelig i PN-tunnelforbindelsesenheder.
Skudstøj er betydelig med ekstremt små strømme, primært ved måling på korte tidsskalaer. Denne støj er især mærkbar, når strømniveauet ikke er højt. Så dette skyldes primært den statistiske strømflow.
Shot Noise Circuit
Den eksperimentelle opsætning af skudstøj med et fotosamlingskredsløb er vist nedenfor. Denne opsætning inkluderer en pære med variabel intensitet og fotodiode som er forbundet til et simpelt kredsløb. I det følgende kredsløb bruges multimeteret til at måle spændingsforsyningen over en RF-modstand, som er forbundet i serie med fotokredsløbet.
En switch i kredsløbet vælger, om fotostrømmen (eller) kalibreringssignalet kan gives til resten af kredsløbet. Op-ampen, som er på højre side, er forbundet parallelt med modstanden, hvilket bevirker, at shot noise assembly-boksen har omkring ti gange forstærkning.
Oscilloskopet bruges til digitalt at inkorporere det resulterende støjsignal. En funktionsgenerator bruges i serie med en dæmper til at justere forstærkningskurven. Her begyndte vi Shot noise-eksperimentet med meget omhyggelig kalibrering af målekæden gennem et dæmpet sinusformet signal ved hjælp af en funktionsgenerator. Forstærkningen registreres (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).
Under dette eksperiment registrerede vi simpelthen RMS-spændingen af støjen, som måles af oscilloskopet 20 gange for 8 forskellige spændinger i lysfotokredsløbet VF. Derefter brød vi fotokredsløbet og optog støjniveauet i baggrunden.
I dette kredsløb kan støjen, der måles, ændres lidt afhængigt af den integrationstid, som oscilloskopet udnytter, men denne er i størrelsesordenen 0,1 % usikkerhed, og vi kan ignorere det, da det er domineret af usikkerheden forårsaget af tilfældige udsving i spændingen.
Shot Noise Current Formel
Skudstøj opstår, når strømmen løber gennem en PN kryds . Der er forskellige vejkryds til stede på integrerede kredsløb . Barrierekrydsning er simpelthen tilfældig, og den producerede jævnstrøm er summen af forskellige tilfældige elementære strømsignaler. Denne støj er stabil over alle frekvenser. Formlen for skudstøjstrøm er vist nedenfor.
In = √2qIΔf
Hvor,
'q' er ladningen på en elektron, der svarer til 1,6 × 10-19 coulombs.
'I' er strømmen af strømmen gennem krydset.
'Δf' er båndbredden i Hertz.
Forskel S/H Shot Noise, Johnson Noise & Impulse Noise
Forskellen mellem skudstøj, Johnson-støj og impulsstøj diskuteres nedenfor.
|
Skudstøj |
Johnson støj |
Impulsstøj |
| Støjen, der opstår på grund af den diskrete karakter af ladningerne, der føres gennem elektroner/huller, er kendt som skudstøj. | Støjen, der genereres gennem ladebærernes termiske omrøring, er kendt som Johnson-støj. | Støjen, der holder en hurtig skarp lyd ellers et hurtigt brag af skudvarighed som et skud, er kendt som impulsstøj. |
| Denne støj er også kendt som kvantestøj. | Johnson-støj kaldes også Nyquist-støj/termisk støj. | Impulsstøj er også kendt som burst-støj. |
| Denne støj er frekvens- og temperaturuafhængig. | Denne støj er proportional med temperaturen. | Dette er ikke temperaturafhængigt. |
| Denne støj opstår hovedsageligt ved fotontælling i optiske enheder, hvor end denne støj er forbundet med strålens partikelnatur. | Termisk støj opstår hovedsageligt af de frie elektroners tilfældige bevægelse i en leder, som er resultatet af termisk agitation. | Impulsstøj opstår hovedsageligt gennem tordenvejr og spændingstransienter gennem elektromekaniske koblingssystemer. |
Fordele og ulemper
Det fordelene ved skudstøj omfatte følgende.
- Skudstøjen ved høje frekvenser er den begrænsende støj for terrestriske detektorer.
- Denne støj giver simpelthen værdifuld information om grundlæggende fysiske processer ud over andre eksperimentelle metoder.
- Da signalstyrken øges hurtigere, reduceres den relative andel af skudstøj, og S/N-forholdet øges.
Det ulemper ved skudstøj omfatte følgende.
- Denne støj er simpelthen forårsaget af fluktuationerne inden for antallet af detekterede fotoner ved fotodioden.
- Den har brug for en eftermålingsdatamodifikation for at kompensere for signaltabet på grund af lavpasfilteret (LPF) dannet gennem tunnelkrydset.
- Dette er kvantebegrænset intensitetsstøj. Forskellige lasere er meget tæt på skudstøj, som minimum for høje støjfrekvenser.
Ansøgninger
Det anvendelser af skudstøj omfatte følgende.
- Denne støj er hovedsageligt synlig i halvlederenheder som PN-forbindelser, tunnelforbindelser og Schottky-barrieredioder.
- Det er vigtigt inden for grundlæggende fysik, optisk detektion, elektronik, telekommunikation osv.
- Denne type støj opstår i elektroniske og RF-kredsløb som en effekt af den granulære strømnatur.
- Denne støj er meget betydningsfuld i et system med meget lavt strømforbrug.
- Denne støj er korreleret til den kvantiserede ladningsnatur og den individuelle bærerindsprøjtning i hele pn-krydset.
- Denne støj adskilles ganske enkelt fra udsving i strøm i ligevægt, der forekommer uden nogen påført spænding og uden normal strøm.
- Skudstøj er de tidsafhængige udsving i den elektriske strøm, der er forårsaget af elektronladningens diskrethed.
Q). Hvorfor skudstøj kaldes hvid støj?
EN). Denne støj er ofte kendt som hvid støj, fordi den har en konsekvent spektral tæthed. De vigtigste eksempler på hvid støj er Shot noise & Thermal noise.
Q). Hvad er støjfaktoren i kommunikation?
Det er et mål for nedbrydningen af S/N-forholdet i en enhed. Så det er forholdet mellem S/N-forholdet ved i/p og S/N-forholdet ved udgangen.
Q). Hvad er skudstøj i fotodetektor?
EN). Skudstøjen i fotodetektoren ved detektering af optisk homodyn tilskrives enten nulpunktsfluktuationerne i det kvantiserede elektromagnetiske felt, ellers til den separate natur af fotonabsorptionsproceduren.
Q). Hvordan måles skudstøj?
EN). Denne støj måles ved at bruge denne som skudstøj = 10 log(2hν/P) i dBc/Hz). 'c'et i dBc er i forhold til signalet, så vi multiplicerer gennem signaleffekten 'P' for at opnå skudstøjeffekten inden for dBm/Hz.
Q). Hvordan reducerer du Shot Noise?
Denne støj kan reduceres med
- Forøgelse af signalstyrken: Forøgelse af mængden af strøm i systemet vil reducere det relative bidrag fra skudstøj.
- Midlering af signalet: Midlering af flere målinger af det samme signal vil reducere skudstøjen, da støjen vil blive gennemsnittet ud over tid.
- Implementering af støjfiltre: Filtre såsom lavpasfiltre kan bruges til at fjerne højfrekvente støjkomponenter fra signalet.
- Reduktion af temperatur: Forøgelse af systemets temperatur vil øge mængden af termisk støj, hvilket gør skudstøjen relativt mindre signifikant.
- Valg af den rigtige detektor: Brug af en detektor med et større aktivt område eller en højere elektronopsamlingseffektivitet kan reducere virkningen af skudstøj.
Således er dette en oversigt over skudstøj og dens applikationer. Normalt opstår denne støj, når der er en spændingsforskel eller potentialbarriere. Når ladningsbærerne som huller og elektroner krydser barrieren, kan denne støj genereres. For eksempel vil en transistor, en diode og et vakuumrør alle generere skudstøj. Her er et spørgsmål til dig, hvad er støj?
