El soroll de tir va ser desenvolupat per primera vegada pel físic alemany 'Walter Schottky', que va tenir un paper principal en l'expansió de la teoria de l'emissió d'electrons i ions. Mentre treballava en vàlvules termoiòniques o tubs de buit, va observar que fins i tot quan s'havien eliminat totes les fonts de soroll externs quedaven dos tipus de soroll. Un que va determinar era un resultat de la temperatura que es coneix com a soroll tèrmic, mentre que la resta és un soroll de trets. En circuits elèctrics , hi ha diferents tipus de fonts de soroll, com ara soroll johnson/tèrmic, soroll de tir, soroll 1/f o soroll rosa/parpelleig. Aquest article tracta una visió general d'a soroll de trets - Treballar amb aplicacions.
Què és Shot Noise?
Un tipus de soroll electrònic creat a partir de la naturalesa discreta de la càrrega elèctrica es coneix com a soroll de tret. En els circuits electrònics, aquest soroll té fluctuacions aleatòries en un corrent DC perquè en realitat el corrent té un flux d'electrons. Aquest soroll es nota principalment a dispositius semiconductors com els díodes de barrera Schottky, les unions PN i les unions de túnel. No com el soroll tèrmic, aquest soroll depèn principalment del flux de corrent i és més evident en els dispositius d'unió de túnel PN.
El soroll de trets és important amb corrents extremadament petites, principalment quan es mesuren a escales de temps curtes. Aquest soroll es nota especialment quan els nivells de corrent no són alts. Per tant, això es deu principalment al flux de corrent estadístic.
Circuit de soroll de tir
A continuació es mostra la configuració experimental del soroll de tret amb un circuit de muntatge fotogràfic. Aquesta configuració inclou una bombeta d'intensitat variable i fotodiode que estan connectats a un circuit senzill. En el circuit següent, el multímetre s'utilitza per mesurar el subministrament de tensió a través d'una resistència de RF que està connectada en sèrie amb el circuit fotogràfic.
Un interruptor del circuit tria si el fotocorrent (o) el senyal de calibratge es pot donar a la resta del circuit. L'amplificador operatiu que es troba al costat dret està connectat en paral·lel amb la resistència, cosa que fa que la caixa de muntatge de soroll de tir tingui un guany d'uns deu vegades.
L'oscil·loscopi s'utilitza per incorporar digitalment el senyal de soroll resultant. S'utilitza un generador de funcions en sèrie amb un atenuador per ajustar la corba de guany. Aquí, vam començar l'experiment de soroll de tret amb un calibratge molt acurat de la cadena de mesura mitjançant un senyal sinusoïdal atenuat mitjançant un generador de funcions. S'enregistra el guany (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).
Durant aquest experiment, simplement vam registrar la tensió RMS del soroll que es mesura per l'oscil·loscopi 20 vegades per a 8 tensions diferents dins del circuit fotogràfic de llum VF. Després d'això, vam trencar el circuit fotogràfic i vam gravar el nivell de soroll de fons.
En aquest circuit, el soroll que es mesura es pot canviar lleugerament depenent del temps d'integració utilitzat per l'oscil·loscopi, tanmateix, aquest oscil·la en l'ordre del 0,1% d'incertesa i podem ignorar-lo, ja que està dominat per la incertesa causada per fluctuacions aleatòries dins de la tensió.
Fórmula de corrent de soroll de tir
El soroll de tret es produeix quan el corrent flueix per a Cruïlla PN . Hi ha diverses cruïlles presents circuits integrats . L'encreuament de la barrera és simplement aleatori i el corrent continu produït és la suma de diversos senyals de corrent elementals aleatoris. Aquest soroll és estable per sobre de totes les freqüències. La fórmula del corrent de soroll de tir es mostra a continuació.
In = √2qIΔf
On,
'q' és la càrrega d'un electró que equival a 1,6 × 10-19 coulombs.
'I' és el flux de corrent per tota la unió.
'Δf' és l'ample de banda en Hertz.
Soroll de dispars en blanc i blanc, soroll Johnson i soroll d'impuls
La diferència entre el soroll de tret, el soroll de Johnson i el soroll d'impuls es discuteix a continuació.
|
Soroll de tir |
Johnson Noise |
Soroll d'impuls |
| El soroll que sorgeix a causa de la naturalesa discreta de les càrregues transportades a través dels electrons/forats es coneix com a soroll de tir. | El soroll que es genera a través de l'agitació tèrmica dels portadors de càrrega es coneix com a soroll de Johnson. | El soroll que conté un so ràpid i agut, en cas contrari, un cop ràpid de durada del tir com un tret es coneix com a soroll d'impuls. |
| Aquest soroll també es coneix com a soroll quàntic. | El soroll de Johnson també s'anomena soroll de Nyquist/soroll tèrmic. | El soroll d'impuls també es coneix com a soroll d'explosió. |
| Aquest soroll és independent de la freqüència i la temperatura. | Aquest soroll és proporcional a la temperatura. | Això no depèn de la temperatura. |
| Aquest soroll es produeix principalment en el recompte de fotons dins dels dispositius òptics, sempre que aquest soroll estigui associat a la naturalesa de partícules del feix. | El soroll tèrmic es produeix principalment pel moviment aleatori dels electrons lliures dins d'un conductor que resulta de l'agitació tèrmica. | El soroll d'impuls es produeix principalment a través de tempestes llamps i transitoris de tensió mitjançant sistemes de commutació electromecànics. |
Avantatges i inconvenients
El avantatges del soroll de tret incloure el següent.
- El soroll de tir a altes freqüències és el soroll limitant per als detectors terrestres.
- Aquest soroll simplement proporciona informació valuosa sobre processos físics bàsics més enllà d'altres mètodes experimentals.
- Com que la força del senyal augmenta més ràpidament, la proporció relativa del soroll de tret es redueix i la relació S/N augmenta.
El desavantatges del soroll de trets incloure el següent.
- Aquest soroll és simplement causat per les fluctuacions del nombre de fotons detectats al fotodíode.
- Necessita una modificació de dades posterior a la mesura per compensar la pèrdua de senyal a causa del filtre de pas baix (LPF) format a través de la unió del túnel.
- Aquest és un soroll d'intensitat quàntica limitada. Diversos làsers estan molt a prop del soroll de trets, com a mínim per a freqüències d'alt soroll.
Aplicacions
El aplicacions del soroll de trets incloure el següent.
- Aquest soroll és visible principalment en dispositius semiconductors com les unions PN, les unions de túnel i els díodes de barrera Schottky.
- És important en física fonamental, detecció òptica, electrònica, telecomunicacions, etc.
- Aquest tipus de soroll es troba en circuits electrònics i RF com a efecte de la naturalesa granular del corrent.
- Aquest soroll és molt significatiu en un sistema de molt baixa potència.
- Aquest soroll es correlaciona amb la naturalesa de la càrrega quantificada i la injecció individual del portador a tota la unió pn.
- Aquest soroll es distingeix simplement de les fluctuacions de corrent en equilibri que es produeixen sense cap tensió aplicada i sense cap flux normal de corrent.
- El soroll de tret és les fluctuacions depenents del temps dins del corrent elèctric que són causades per la discreció de la càrrega d'electrons.
Q). Per què el soroll de trets s'anomena soroll blanc?
A). Aquest soroll es coneix sovint com a soroll blanc perquè té una densitat espectral consistent. Els principals exemples de soroll blanc són el soroll de tir i el soroll tèrmic.
Q). Quin és el factor de soroll en la comunicació?
És la mesura de la degradació de la relació S/N dins d'un dispositiu. Per tant, és la relació de la relació S/N a la relació i/p i la relació S/N a la sortida.
Q). Què és el soroll de tir al fotodetector?
A). El soroll de tir dins del fotodetector en la detecció de l'homodina òptica s'atribueix a les fluctuacions del punt zero del camp electromagnètic quantificat, en cas contrari a la naturalesa separada del procediment d'absorció de fotons.
Q). Com es mesura el soroll del tir?
A). Aquest soroll es mesura utilitzant aquest soroll de tret = 10 log (2hν/P) en dBc/Hz). La 'c' dins dBc és relativa al senyal, per tant, multipliquem per la potència del senyal 'P' per obtenir la potència del soroll de tir dins dBm/Hz.
Q). Com es redueix el soroll de tir?
Aquest soroll es pot reduir
- Augment de la força del senyal: augmentar la quantitat de corrent al sistema reduirà la contribució relativa del soroll de tir.
- Mitjana del senyal: fer una mitjana de diverses mesures del mateix senyal reduirà el soroll del tret, ja que el soroll es farà una mitjana amb el temps.
- Implementació de filtres de soroll: es poden utilitzar filtres com ara filtres de pas baix per eliminar components de soroll d'alta freqüència del senyal.
- Reducció de la temperatura: augmentar la temperatura del sistema augmentarà la quantitat de soroll tèrmic, fent que el soroll de tir sigui relativament menys significatiu.
- Escollir el detector adequat: utilitzar un detector amb una àrea activa més gran o una eficiència de recollida d'electrons més alta pot reduir l'impacte del soroll de trets.
Així, això és una visió general del soroll de trets i les seves aplicacions. Normalment, aquest soroll es produeix sempre que hi ha un diferencial de tensió o una barrera de potencial. Un cop els portadors de càrrega com els forats i els electrons travessen la barrera, es pot generar aquest soroll. Per exemple, un transistor, un díode i un tub de buit generaran soroll de tret. Aquí tens una pregunta, què és el soroll?
