photodetectors ၏ဆူညံသံကိုဘယ်လိုလျှော့ချမလဲ။

photodetectors ၏ဆူညံသံကိုဘယ်လိုလျှော့ချမလဲ။

photodetectors ၏ဆူညံသံများတွင် အဓိကအားဖြင့်- လက်ရှိဆူညံသံ၊ အပူရှိန်ဆူညံသံ၊ ရိုက်ချက်ဆူညံသံ၊ 1/f noise နှင့် wideband noise စသည်တို့ပါဝင်သည်။ ဤအမျိုးအစားခွဲခြားမှုသည် အတော်လေးကြမ်းတမ်းပါသည်။ ယခုတစ်ကြိမ်တွင်၊ photodetectors ၏ output signals များပေါ်ရှိ ဆူညံသံအမျိုးအစားအမျိုးမျိုး၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လူတိုင်းပိုမိုနားလည်နိုင်စေရန်အတွက် ပိုမိုအသေးစိတ်သော ဆူညံမှုလက္ခဏာများနှင့် အမျိုးအစားခွဲခြားမှုများကို မိတ်ဆက်ပေးပါမည်။ ဆူညံသံများ၏ အရင်းအမြစ်များကို နားလည်ခြင်းဖြင့်သာ photodetectors များ၏ ဆူညံသံများကို ပိုမိုကောင်းမွန်စွာ လျှော့ချနိုင်ပြီး စနစ်၏ signal-to-noise အချိုးကို ပိုကောင်းအောင် လုပ်ဆောင်နိုင်မည်ဖြစ်သည်။

Shot noise သည် charge carriers များ၏ သီးခြားသဘောသဘာဝကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ကျပန်းအတက်အကျဖြစ်သည်။ အထူးသဖြင့် photoelectric effect တွင်၊ ဖိုတွန်သည် အီလက်ထရွန်များထုတ်လုပ်ရန် ဓါတ်ရောင်ခြည်သင့်သော အစိတ်အပိုင်းများကို တိုက်ခိုက်သောအခါ၊ ဤအီလက်ထရွန်များ၏ မျိုးဆက်သည် ကျပန်းဖြစ်ပြီး Poisson ဖြန့်ဖြူးမှုနှင့်အညီဖြစ်သည်။ ရိုက်ချက်ဆူညံသံ၏ ရောင်စဉ်တန်းဝိသေသများသည် ကြိမ်နှုန်းပြင်းအားနှင့် အမှီအခိုကင်းသောကြောင့် ၎င်းကို အဖြူရောင်ဆူညံသံဟုလည်း ခေါ်သည်။ သင်္ချာဆိုင်ရာဖော်ပြချက်- ရိုက်ချက်ဆူညံသံ၏ အရင်းပျမ်းမျှစတုရန်း (RMS) တန်ဖိုးကို အောက်ပါအတိုင်း ဖော်ပြနိုင်သည်။

သူတို့ထဲတွင်:

e- အီလက်ထရွန်နစ်အားသွင်းမှု (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 1.6 × 10-19 coulombs)

Idark: အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်း

Δf: Bandwidth

ပစ်ခတ်သံသည် လက်ရှိပြင်းအားနှင့် အချိုးကျပြီး ကြိမ်နှုန်းအားလုံးတွင် တည်ငြိမ်သည်။ ဖော်မြူလာတွင် Idark သည် photodiode ၏ အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းကို ကိုယ်စားပြုသည်။ ဆိုလိုသည်မှာ အလင်းမရှိသောအချိန်တွင်၊ photodiode တွင် မလိုလားအပ်သော မှောင်မိုက်သော လက်ရှိဆူညံမှုရှိသည်။ photodetector ၏ရှေ့ဆုံးတွင်မွေးရာပါဆူညံသံကြောင့်၊ အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းပိုကြီးလေ၊ photodetector ၏ဆူညံလေဖြစ်သည်။ အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းသည် photodiode ၏ဘက်လိုက်လည်ပတ်မှုဗို့အားလည်းသက်ရောက်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ၊ ဘက်လိုက်လည်ပတ်မှုဗို့အားပိုကြီးလေ၊ အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းကြီးလေလေဖြစ်သည်။ သို့သော်၊ ဘက်လိုက်လုပ်ဆောင်သော ဗို့အားသည် photodetector ၏ junction capacitance ကိုလည်း သက်ရောက်မှုရှိပြီး၊ ထို့ကြောင့် photodetector ၏ အမြန်နှုန်းနှင့် bandwidth ကို လွှမ်းမိုးသည်။ ထို့အပြင်၊ ဘက်လိုက်ဗို့အားများလေလေ၊ အမြန်နှုန်းနှင့် bandwidth များလေလေဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ photodiodes ၏ရိုက်ချက်ဆူညံမှု၊ မှောင်မိုက်သောလက်ရှိနှင့် bandwidth စွမ်းဆောင်ရည်အရ၊ ပရောဂျက်လိုအပ်ချက်များနှင့်အညီ ကျိုးကြောင်းဆီလျော်သော ဒီဇိုင်းကို လုပ်ဆောင်သင့်သည်။

2. 1/f Flicker Noise

1/f ဆူညံသံ၊ Flicker noise ဟုလည်းသိကြပြီး၊ ကြိမ်နှုန်းနည်းသောအပိုင်းတွင် အဓိကအားဖြင့် ဖြစ်ပေါ်ပြီး ပစ္စည်းချွတ်ယွင်းချက် သို့မဟုတ် မျက်နှာပြင်သန့်ရှင်းမှုကဲ့သို့သော အကြောင်းရင်းများနှင့် ဆက်စပ်နေသည်။ ၎င်း၏ spectral characteristic diagram မှ၊ ၎င်း၏ power spectral density သည် low-frequency range ထက် သိသိသာသာ သေးငယ်ပြီး အကြိမ်ရေ 100 တိုးတိုင်းတွင်၊ spectral density သည် linearly 10 ဆ လျော့နည်းသွားသည်ကို တွေ့နိုင်ပါသည်။ 1/f ဆူညံသံ၏ ပါဝါရောင်စဉ်သိပ်သည်းဆသည် ကြိမ်နှုန်းနှင့် ပြောင်းပြန်အချိုးကျသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ-

သူတို့ထဲတွင်:

SI(f) : ဆူညံသံပါဝါရောင်စဉ်သိပ်သည်းဆ

I: လက်ရှိပါ။

f: အကြိမ်ရေ

1/f ဆူညံသံသည် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်သည့်အကွာအဝေးတွင် သိသာထင်ရှားပြီး ကြိမ်နှုန်းတိုးလာသည်နှင့်အမျှ အားနည်းသွားပါသည်။ ဤဝိသေသလက္ခဏာသည် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်အက်ပ်လီကေးရှင်းများတွင် အနှောင့်အယှက်ဖြစ်စေသော အဓိကအရင်းအမြစ်ဖြစ်လာစေသည်။ 1/f noise နှင့် wideband noise များသည် photodetector အတွင်းရှိ operational amplifier ၏ voltage noise မှ လာပါသည်။ လည်ပတ်နေသော အသံချဲ့စက်များ၏ ပါဝါထောက်ပံ့မှု ဆူညံသံ၊ လက်ရှိ ဆူညံသံ နှင့် လုပ်ငန်းလည်ပတ် အသံချဲ့စက် ဆားကစ်များ ရရှိမှုတွင် ခုခံကွန်ရက်၏ အပူရှိန် ဆူညံသံများကဲ့သို့သော photodetectors များ၏ ဆူညံသံများကို ထိခိုက်စေသည့် အခြားသော ဆူညံသံများ အများအပြားရှိပါသည်။

3. လုပ်ငန်းလည်ပတ်အသံချဲ့စက်၏ ဗို့အားနှင့် လက်ရှိဆူညံသံ- ဗို့အားနှင့် လက်ရှိရောင်စဉ်တန်းသိပ်သည်းဆများကို အောက်ပါပုံတွင် ပြထားသည်။

လည်ပတ်နေသော အသံချဲ့စက် ဆားကစ်များတွင်၊ လက်ရှိဆူညံသံကို အဆင့်အတွင်း လက်ရှိဆူညံသံနှင့် ပြောင်းပြန်လက်ရှိဆူညံသံဟူ၍ ပိုင်းခြားထားသည်။ in-phase current noise i+ သည် source internal resistance Rs ကိုဖြတ်၍ စီးဆင်းပြီး ညီမျှသော voltage noise u1= i+*Rs ကိုထုတ်ပေးသည်။ I- Inverting current noise သည် equivalent voltage noise u2= I-* R ကိုထုတ်ပေးရန်အတွက် Gain equivalent resistor R မှတဆင့် စီးဆင်းသွားပါသည်။ ထို့ကြောင့် power supply ၏ RS သည် ကြီးမားသောအခါတွင်၊ current noise မှပြောင်းသော voltage noise သည် အလွန်ကြီးမားပါသည်။ ထို့ကြောင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သော ဆူညံသံများအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်ရန်၊ ပါဝါထောက်ပံ့မှု ဆူညံသံ (အတွင်းပိုင်းခုခံမှုအပါအဝင်) သည် ကောင်းမွန်အောင်လုပ်ဆောင်ရန် အဓိက ဦးတည်ချက်တစ်ခုလည်းဖြစ်သည်။ လက်ရှိဆူညံသံများ၏ ရောင်စဉ်သိပ်သည်းဆသည် ကြိမ်နှုန်းကွဲပြားမှုများနှင့်အတူ မပြောင်းလဲပါ။ ထို့ကြောင့်၊ circuit ကိုချဲ့ထွင်ပြီးနောက်၊ ၎င်းသည် photodiode ၏အမှောင်လျှပ်စီးကြောင်းကဲ့သို့ photodetector ၏ရိုက်ချက်အသံကိုကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်ဖြစ်ပေါ်စေသည်။

4. လုပ်ငန်းလည်ပတ်သည့် အသံချဲ့စက်ပတ်လမ်း၏ အမြတ် (ချဲ့ထွင်မှုအချက်) အတွက် ခံနိုင်ရည်ကွန်ရက်၏ အပူဆူညံသံကို အောက်ပါဖော်မြူလာဖြင့် တွက်ချက်နိုင်သည်-

သူတို့ထဲတွင်:

k- Boltzmann ကိန်းသေ (1.38 × 10-23J/K)

T- အကြွင်းမဲ့ အပူချိန် (K)

R- ခုခံမှု (ohms) အပူဆူညံမှုသည် အပူချိန်နှင့် ခုခံမှုတန်ဖိုးနှင့် ဆက်စပ်နေပြီး ၎င်း၏ ရောင်စဉ်သည် ပြားနေသည်။ အမြတ်ခံနိုင်ရည်တန်ဖိုး ပိုကြီးလေ၊ thermal noise များလေလေ ဖော်မြူလာမှကြည့်နိုင်သည်။ Bandwidth ပိုကြီးလေ၊ thermal noise လည်း ပိုကြီးလာလေဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ ခံနိုင်ရည်တန်ဖိုးနှင့် bandwidth တန်ဖိုးသည် အမြတ်လိုအပ်ချက်များနှင့် bandwidth လိုအပ်ချက်များနှင့် ကိုက်ညီကြောင်း သေချာစေရန်အတွက်၊ နောက်ဆုံးတွင် ဆူညံသံနိမ့် သို့မဟုတ် မြင့်မားသော signal-to-noise အချိုးကို တောင်းဆိုရန်၊ စနစ်၏ စံပြ signal-to-noise အချိုးကိုရရှိရန် ပရောဂျက်လိုအပ်ချက်များအပေါ် အခြေခံ၍ ဂရုတစိုက်ရွေးချယ်ခြင်းနှင့် အကဲဖြတ်ရန် လိုအပ်ပါသည်။

အနှစ်ချုပ်

Noise improvement နည်းပညာသည် photodetectors နှင့် electronic devices များ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ရာတွင် အရေးပါသော အခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်ပါသည်။ မြင့်မားသောတိကျမှုဆိုသည်မှာ ဆူညံသံနည်းပါးခြင်းကို ဆိုလိုသည်။ နည်းပညာပိုမိုတိကျမှု လိုအပ်လာသည်နှင့်အမျှ ဆူညံသံ၊ signal-to-noise အချိုးနှင့် photodetectors များ၏ တူညီသော ဆူညံသံများအတွက် လိုအပ်ချက်များမှာလည်း ပိုမိုမြင့်မားလာပါသည်။