Фотодетекторын дуу чимээг хэрхэн бууруулах вэ

Фотодетекторын дуу чимээг хэрхэн бууруулах вэ

Фотодетекторын шуугианд голчлон: гүйдлийн шуугиан, дулааны шуугиан, буудлагын шуугиан, 1/f шуугиан болон өргөн зурвасын шуугиан гэх мэт орно. Энэ ангилал нь харьцангуй бүдүүлэг юм. Энэ удаад бид фотодетекторын гаралтын дохионд янз бүрийн төрлийн шуугианы нөлөөллийг илүү сайн ойлгоход туслахын тулд илүү дэлгэрэнгүй шуугианы шинж чанар, ангиллыг танилцуулах болно. Зөвхөн шуугианы эх үүсвэрийг ойлгосноор бид фотодетекторын шуугианыг илүү сайн бууруулж, сайжруулж, улмаар системийн дохио-шуугианы харьцааг оновчтой болгож чадна.

Буудлын шуугиан нь цэнэг тээгчдийн дискрет шинж чанараас үүдэлтэй санамсаргүй хэлбэлзэл юм. Ялангуяа фотоэлектрик эффектийн үед фотонууд гэрэл мэдрэмтгий бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цохиж электрон үүсгэх үед эдгээр электронуудын үүсэлт нь санамсаргүй бөгөөд Пуассоны тархалттай тохирч байна. Буудлын шуугианы спектрийн шинж чанар нь хавтгай бөгөөд давтамжийн хэмжээнээс хамааралгүй тул үүнийг цагаан шуугиан гэж нэрлэдэг. Математикийн тодорхойлолт: Буудлын шуугианы язгуур квадрат (RMS) утгыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Тэдний дунд:

e: Электрон цэнэг (ойролцоогоор 1.6 × 10-19 кулон)

Идарк: Харанхуй урсгал

Δf: Зурвасын өргөн

Тулгуурын чимээ нь гүйдлийн хэмжээтэй пропорциональ бөгөөд бүх давтамжид тогтвортой байдаг. Томъёонд Idark нь фотодиодын харанхуй гүйдлийг илэрхийлдэг. Өөрөөр хэлбэл гэрэл байхгүй үед фотодиод нь хүсээгүй харанхуй гүйдлийн чимээтэй байдаг. Фотодетекторын урд үзүүрт байгаа төрөлхийн чимээ шуугиантай адил харанхуй гүйдэл их байх тусам фотодетекторын чимээ их байдаг. Харанхуй гүйдэл нь фотодиодын хэвийсэн ажиллах хүчдэлд нөлөөлдөг, өөрөөр хэлбэл хэвийсэн ажиллах хүчдэл их байх тусам харанхуй гүйдэл их байдаг. Гэсэн хэдий ч хэвийсэн ажиллах хүчдэл нь фотодетекторын уулзварын багтаамжид нөлөөлж, улмаар фотодетекторын хурд болон зурвасын өргөнд нөлөөлдөг. Түүнээс гадна, хэвийсэн хүчдэл их байх тусам хурд болон зурвасын өргөн их байдаг. Тиймээс фотодиодын буудлагын чимээ, харанхуй гүйдэл болон зурвасын гүйцэтгэлийн хувьд төслийн бодит шаардлагын дагуу боломжийн зураг төслийг хийх хэрэгтэй.

2. 1/f чичиргээний чимээ

1/f шуугиан буюу анивчих чимээ нь голчлон бага давтамжийн мужид тохиолддог бөгөөд материалын согог эсвэл гадаргуугийн цэвэр байдал зэрэг хүчин зүйлүүдтэй холбоотой байдаг. Спектрийн шинж чанарын диаграммаас харахад түүний чадлын спектрийн нягтрал нь өндөр давтамжийн мужид бага давтамжийн мужаас мэдэгдэхүйц бага бөгөөд давтамж 100 дахин нэмэгдэх бүрт спектрийн нягтралын чимээ шугаман байдлаар 10 дахин буурдаг болохыг харж болно. 1/f шуугианы чадлын спектрийн нягтрал нь давтамжтай урвуу хамааралтай байдаг, өөрөөр хэлбэл:

Тэдний дунд:

SI(f): Дуу чимээний чадлын спектрийн нягтрал

Би: Одоогийн

f: Давтамж

1/f шуугиан нь бага давтамжийн мужид мэдэгдэхүйц бөгөөд давтамж нэмэгдэхийн хэрээр сулардаг. Энэ шинж чанар нь үүнийг бага давтамжийн хэрэглээнд хөндлөнгийн оролцооны гол эх үүсвэр болгодог. 1/f шуугиан болон өргөн зурвасын шуугиан нь голчлон фотодетектор доторх үйлдлийн өсгөгчийн хүчдэлийн шуугианаас үүсдэг. Үйл ажиллагааны өсгөгчийн тэжээлийн хангамжийн шуугиан, гүйдлийн шуугиан, үйлдлийн өсгөгчийн хэлхээний олшруулалтын эсэргүүцлийн сүлжээний дулааны шуугиан зэрэг фотодетекторын шуугианд нөлөөлдөг бусад олон шуугианы эх үүсвэрүүд байдаг.

3. Ашиглалтын өсгөгчийн хүчдэл ба гүйдлийн чимээ: Хүчдэл ба гүйдлийн спектрийн нягтралыг дараах зурагт үзүүлэв.

Ашиглалтын өсгөгчийн хэлхээнд гүйдлийн чимээг фазын доторх гүйдлийн чимээ болон урвуу гүйдлийн чимээ гэж хуваадаг. Фазын доторх гүйдлийн чимээ i+ нь эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцэл Rs-ээр урсаж, эквивалент хүчдэлийн чимээ u1= i+*Rs үүсгэдэг. I- Урвуу гүйдлийн чимээ нь олшруулах эквивалент резистор R-ээр урсаж, эквивалент хүчдэлийн чимээ u2= I-* R үүсгэдэг. Тиймээс цахилгаан тэжээлийн RS их байх үед гүйдлийн чимээнээс хувиргасан хүчдэлийн чимээ бас маш их байдаг. Тиймээс илүү сайн дуу чимээг оновчтой болгохын тулд цахилгаан тэжээлийн чимээ (дотоод эсэргүүцлийг оруулаад) нь оновчлолын гол чиглэл юм. Гүйдлийн чимээний спектрийн нягтрал нь давтамжийн хэлбэлзлээр өөрчлөгддөггүй. Тиймээс хэлхээгээр олшруулсны дараа энэ нь фотодиодын харанхуй гүйдэл шиг фотодетекторын буудлагын чимээг цогцоор нь үүсгэдэг.

4. Ашиглалтын өсгөгчийн хэлхээний олшруулалт (өсгөлтийн коэффициент)-ын эсэргүүцлийн сүлжээний дулааны шуугианыг дараах томъёогоор тооцоолж болно.

Тэдний дунд:

k: Больцманы тогтмол (1.38 × 10-23Ж/К)

Т: Үнэмлэхүй температур (К)

R: Эсэргүүцлийн (ом) дулааны шуугиан нь температур болон эсэргүүцлийн утгатай холбоотой бөгөөд түүний спектр нь тэгш байна. Томъёоноос харахад олшруулах эсэргүүцлийн утга их байх тусам дулааны шуугиан их байна. Зурвасын өргөн том байх тусам дулааны шуугиан их байх болно. Тиймээс эсэргүүцлийн утга болон зурвасын өргөн нь олшруулах шаардлага болон зурвасын өргөн шаардлагыг хоёуланг нь хангаж, эцэст нь бага шуугиан эсвэл өндөр дохио-шуугианы харьцааг шаардахын тулд системийн хамгийн тохиромжтой дохио-шуугианы харьцаанд хүрэхийн тулд олшруулах резисторын сонголтыг төслийн бодит шаардлагад үндэслэн сайтар бодож, үнэлэх шаардлагатай.

Хураангуй

Дуу чимээг бууруулах технологи нь фотодетектор болон электрон төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Өндөр нарийвчлал гэдэг нь дуу чимээ багатай гэсэн үг. Технологи нь илүү өндөр нарийвчлал шаарддаг тул фотодетекторын дуу чимээ, дохио-дуу чимээний харьцаа, түүнтэй дүйцэх дуу чимээний чадлын шаардлага улам бүр нэмэгдэж байна.