Фотодетекторын дуу чимээг хэрхэн бууруулах вэ

Фотодетекторын дуу чимээг хэрхэн бууруулах вэ

Фотодетекторын дуу чимээ нь үндсэндээ: одоогийн дуу чимээ, дулааны дуу чимээ, буудлагын чимээ, 1/f дуу чимээ, өргөн зурвасын чимээ гэх мэт. Энэ ангилал нь зөвхөн харьцангуй бүдүүлэг ангилал юм. Энэ удаад бид фотодетекторын гаралтын дохионд янз бүрийн төрлийн дуу чимээний нөлөөллийг илүү сайн ойлгоход туслахын тулд илүү нарийвчилсан дуу чимээний шинж чанар, ангиллыг танилцуулах болно. Зөвхөн дуу чимээний эх үүсвэрийг ойлгосноор бид фотодетекторуудын дуу чимээг илүү сайн бууруулж, сайжруулж, улмаар системийн дохио-дуу чимээний харьцааг оновчтой болгож чадна.

Буудлагын дуу чимээ нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн салангид шинж чанараас үүдэлтэй санамсаргүй хэлбэлзэл юм. Ялангуяа фотоэлектрик эффектийн үед фотонууд гэрэл мэдрэмтгий бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хүрч электрон үүсгэх үед эдгээр электронууд үүсэх нь санамсаргүй бөгөөд Пуассоны тархалтад нийцдэг. Буудлагын дуу чимээний спектрийн шинж чанар нь хавтгай бөгөөд давтамжийн хэмжээнээс хамаардаггүй тул үүнийг цагаан дуу чимээ гэж нэрлэдэг. Математик тайлбар: Буудлагын дуу чимээний үндсэн квадрат (RMS) утгыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Тэдний дунд:

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

Айдарк: Харанхуй урсгал

Δf: зурвасын өргөн

Буудлагын дуу 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 чимээ шуугиантай байдаг. Фотодетекторын хамгийн урд талын дуу чимээ их байх тусам харанхуй гүйдэл их байх тусам фотодетекторын дуу чимээ ихсэх болно. Харанхуй гүйдэл нь фотодиодын хэвийсэн ажиллах хүчдэлд бас нөлөөлдөг, өөрөөр хэлбэл хэвийсэн ажиллах хүчдэл их байх тусам харанхуй гүйдэл их байх болно. Гэсэн хэдий ч хэвийсэн ажлын хүчдэл нь фотодетекторын уулзварын багтаамжид нөлөөлж, улмаар фотодетекторын хурд, зурвасын өргөнд нөлөөлдөг. Түүнээс гадна, хэвийсэн хүчдэл их байх тусам хурд, зурвасын өргөн их байх болно. Тиймээс фотодиодын буудлагын дуу чимээ, харанхуй гүйдэл, зурвасын өргөний гүйцэтгэлийн хувьд төслийн бодит шаардлагын дагуу үндэслэлтэй дизайныг хийх ёстой.

2. 1/f Flicker Noise

1/f шуугиан буюу анивчдаг чимээ шуугиан нь ихэвчлэн бага давтамжийн мужид тохиолддог бөгөөд материалын согог, гадаргуугийн цэвэр байдал зэрэг хүчин зүйлүүдтэй холбоотой байдаг. Түүний спектрийн шинж чанарын диаграмаас харахад түүний чадлын спектрийн нягт нь өндөр давтамжийн мужид нам давтамжийн мужаас хамаагүй бага бөгөөд давтамжийн 100 дахин ихсэх бүрт спектрийн нягтын дуу чимээ шугаман байдлаар 10 дахин буурч байгааг харж болно. 1/f дуу чимээний эрчим хүчний спектрийн нягт нь давтамжтай урвуу хамааралтай, өөрөөр хэлбэл:

Тэдний дунд:

SI(f) : Дуу чимээний эрчим хүчний спектрийн нягт

Би: Одоогийн

f: Давтамж

1/f дуу чимээ нь бага давтамжийн мужид чухал ач холбогдолтой бөгөөд давтамж нэмэгдэх тусам сулардаг. Энэ шинж чанар нь түүнийг бага давтамжийн хэрэглээнд хөндлөнгийн гол эх үүсвэр болгодог. 1/f шуугиан ба өргөн зурвасын дуу чимээ нь ихэвчлэн фотодетектор доторх үйл ажиллагааны өсгөгчийн хүчдэлийн дуу чимээнээс үүсдэг. Үйл ажиллагааны өсгөгчийн цахилгаан хангамжийн дуу чимээ, одоогийн дуу чимээ, үйл ажиллагааны өсгөгчийн хэлхээний олз дахь эсэргүүцлийн сүлжээний дулааны шуугиан зэрэг фотодетекторын дуу чимээнд нөлөөлдөг бусад олон дуу чимээний эх үүсвэрүүд байдаг.

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

Ашиглалтын өсгөгчийн хэлхээнд одоогийн дуу чимээг фазын гүйдлийн дуу чимээ ба урвуу гүйдлийн дуу чимээ гэж хуваадаг. Фазын гүйдлийн шуугиан i+ эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцэл Rs-ээр урсаж, u1= i+*Rs тэнцүү хүчдэлийн дуу чимээг үүсгэнэ. I- Урвуулах гүйдлийн дуу чимээ нь олшруулалтын эквивалент эсэргүүцэгч R-ээр урсаж, эквивалент хүчдэлийн чимээ үүснэ u2= I-* R. Тэгэхээр тэжээлийн эх үүсвэрийн RS их байх үед гүйдлийн дуу чимээнээс хөрвүүлсэн хүчдэлийн дуу чимээ мөн маш их байна. Тиймээс илүү сайн дуу чимээг оновчтой болгохын тулд цахилгаан хангамжийн дуу чимээ (дотоод эсэргүүцлийг оруулаад) нь оновчтой болгох гол чиглэл юм. Одоогийн дуу чимээний спектрийн нягт нь давтамжийн өөрчлөлтөөс хамааран өөрчлөгддөггүй. Тиймээс хэлхээгээр олшруулсны дараа энэ нь фотодиодын харанхуй гүйдэл шиг фотодетекторын буудлагын дуу чимээг цогцоор нь бүрдүүлдэг.

4. Ашиглалтын өсгөгчийн хэлхээний олз (олшруулах коэффициент)-ийн эсэргүүцлийн сүлжээний дулааны дуу чимээг дараах томъёогоор тооцоолж болно.

Тэдний дунд:

k: Больцман тогтмол (1.38 × 10-23J/K)

T: Үнэмлэхүй температур (K)

R: Эсэргүүцэл (ом) дулааны дуу чимээ нь температур ба эсэргүүцлийн утгатай холбоотой бөгөөд түүний спектр нь хавтгай байна. Томьёогоос харахад олз эсэргүүцлийн утга их байх тусам дулааны дуу чимээ ихсэх болно. Дамжуулах зурвасын өргөн их байх тусам дулааны дуу чимээ их байх болно. Иймээс эсэргүүцлийн утга ба зурвасын өргөний утга нь ашиг олох шаардлага болон зурвасын өргөний шаардлагад нийцэж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд дуу чимээ багатай эсвэл өндөр дохио-дуу чимээний харьцааг шаардахын тулд системийн хамгийн тохиромжтой дохио-дуу чимээний харьцаанд хүрэхийн тулд төслийн бодит шаардлагууд дээр үндэслэн олз резисторуудын сонголтыг сайтар бодож, үнэлэх хэрэгтэй.

Дүгнэлт

Дуу чимээг сайжруулах технологи нь фотодетектор болон электрон төхөөрөмжүүдийн ажиллагааг сайжруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Өндөр нарийвчлал гэдэг нь дуу чимээ багатай гэсэн үг. Технологи нь илүү өндөр нарийвчлал шаарддаг тул дуу чимээ, дохио-дуу чимээний харьцаа, фото илрүүлэгчийн дуу чимээний тэнцүү хүчин чадалд тавигдах шаардлага улам бүр нэмэгдсээр байна.