Shot Noise : Circuit, Working, Vs Johnson Noise 및 Impulse Noise와 그 응용

샷 노이즈는 전자 및 이온 방출 이론의 확장에 주요한 역할을 한 독일 물리학자 'Walter Schottky'에 의해 처음 개발되었습니다. 그는 열이온 밸브나 진공관을 연구하면서 외부 소음원을 모두 제거해도 두 종류의 소음이 남는다는 사실을 발견했다. 그가 결정한 하나는 열 잡음으로 알려진 온도의 결과인 반면 나머지는 산탄 잡음입니다. ~ 안에 전기 회로 , Johnson/Thermal Noise, Shot Noise, 1/f Noise 또는 Pink/Flicker Noise와 같은 다양한 유형의 노이즈 소스가 있습니다. 이 문서에서는 총소리 – 응용 프로그램 작업.

샷 노이즈란?

불연속적인 전하 특성으로 인해 생성되는 전자 노이즈 유형을 샷 노이즈라고 합니다. 전자 회로에서 이 노이즈는 DC 전류에 무작위 변동이 있습니다. 실제로 전류에는 전자의 흐름이 있기 때문입니다. 이 소음은 주로 반도체 장치 쇼트키 배리어 다이오드, PN 접합 및 터널 접합과 같은 것입니다. 열 잡음과 달리 이 잡음은 주로 전류 흐름에 따라 달라지며 PN 터널링 접합 장치에서 더 분명하게 나타납니다.

쇼트 노이즈는 주로 짧은 시간 단위로 측정할 때 매우 작은 전류에서 중요합니다. 이 노이즈는 현재 레벨이 높지 않을 때마다 특히 눈에 띕니다. 따라서 이것은 주로 통계적 전류 흐름 때문입니다.

샷 노이즈 회로

사진 조립 회로를 사용한 산탄 잡음 실험 설정은 다음과 같습니다. 이 설정에는 가변 강도 전구 및 포토다이오드 간단한 회로에 연결되어 있습니다. 다음 회로에서 멀티미터는 사진 회로와 직렬로 연결된 RF 저항기의 전압 공급을 측정하는 데 사용됩니다.

회로의 스위치는 광전류(또는) 교정 신호를 회로의 나머지 부분에 제공할 수 있는지 여부를 선택합니다. 오른쪽에 있는 연산 증폭기는 저항과 병렬로 연결되어 샷 노이즈 조립 상자가 약 10배의 이득을 갖도록 합니다.

오실로스코프는 결과 노이즈 신호를 디지털 방식으로 통합하는 데 사용됩니다. 함수 발생기는 이득 곡선을 조정하기 위해 감쇠기와 직렬로 사용됩니다. 여기에서 우리는 함수 발생기를 사용하여 감쇠된 정현파 신호를 통해 측정 체인을 매우 신중하게 교정하여 샷 노이즈 실험을 시작했습니다. 이득이 기록됩니다(g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

이 실험 동안 우리는 오실로스코프로 20회 측정한 노이즈의 RMS 전압을 광 광 회로 VF 내의 8가지 전압에 대해 간단히 기록했습니다. 그 후 사진 회로를 끊고 배경의 소음 수준을 기록했습니다.

이 회로에서 측정되는 노이즈는 오실로스코프에서 사용하는 통합 시간에 따라 약간 변경될 수 있지만, 이는 0.1% 정도의 불확실성 범위이며 다음에 의해 발생하는 불확실성을 통해 지배되므로 무시할 수 있습니다. 전압 내의 무작위 변동.

샷 노이즈 전류 공식

샷 노이즈는 전류가 전체에 흐를 때 발생합니다. PN 접합 . 다양한 접점이 존재한다. 집적 회로 . 장벽 교차는 단순히 무작위이며 생성된 DC 전류는 다양한 무작위 기본 전류 신호의 합입니다. 이 노이즈는 모든 주파수에서 안정적입니다. 샷 노이즈 전류 공식은 다음과 같습니다.

에서 = √2qIΔf

어디,

'q'는 1.6 × 10-19 쿨롱에 해당하는 전자의 전하입니다.

'I'는 접합 전체의 전류 흐름입니다.

'Δf'는 헤르츠 단위의 대역폭입니다.

차이 B/W 샷 노이즈, 존슨 노이즈 및 임펄스 노이즈

샷 노이즈, 존슨 노이즈 및 임펄스 노이즈의 차이점은 아래에서 설명합니다.

장점과 단점

그만큼 샷 노이즈의 장점 다음을 포함하십시오.

• 고주파에서의 샷 노이즈는 지상파 탐지기의 제한 노이즈입니다.
• 이 노이즈는 단순히 다른 실험 방법을 넘어서는 기본 물리적 프로세스에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.
• 신호 강도가 더 빠르게 향상되기 때문에 샷 노이즈의 상대적 비율이 감소하고 S/N 비율이 증가합니다.

그만큼 샷 노이즈의 단점 다음을 포함하십시오.

• 이 노이즈는 단순히 포토다이오드에서 감지된 광자 수의 변동으로 인해 발생합니다.
• 터널 접합을 통해 형성되는 저역 통과 필터(LPF)로 인해 신호 손실을 보상하기 위해 측정 후 데이터 수정이 필요합니다.
• 이것은 양자 제한 강도 노이즈입니다. 다양한 레이저는 고노이즈 주파수에 대한 최소값으로 샷 노이즈에 매우 가깝습니다.

애플리케이션

그만큼 샷 노이즈의 응용 다음을 포함하십시오.

• 이 잡음은 주로 PN 접합, 터널 접합 및 쇼트키 배리어 다이오드와 같은 반도체 장치에서 볼 수 있습니다.
• 기본 물리학, 광학 감지, 전자, 통신 등에서 중요합니다.
• 이러한 유형의 노이즈는 세분화된 전류 특성의 영향으로 전자 및 RF 회로에서 발생합니다.
• 이 노이즈는 초저전력 시스템에서 매우 중요합니다.
• 이 노이즈는 양자화된 전하 특성 및 pn-접합을 통한 개별 캐리어 주입과 관련이 있습니다.
• 이 잡음은 전압이 인가되지 않고 정상적인 전류 흐름 없이 발생하는 평형 상태의 전류 변동과 간단히 구분됩니다.
• 샷 노이즈는 전자 전하의 불연속성으로 인해 발생하는 전류 내에서 시간에 따른 변동입니다.

큐). 샷 노이즈를 화이트 노이즈라고 부르는 이유는 무엇입니까?

ㅏ). 이 잡음은 스펙트럼 밀도가 일정하기 때문에 흔히 백색 잡음으로 알려져 있습니다. 화이트 노이즈의 주요 예는 샷 노이즈 및 열 노이즈입니다.

큐). 통신의 노이즈 요인은 무엇입니까?

장치 내에서 S/N 비율 저하를 측정한 것입니다. 따라서 i/p에서의 S/N 비율 대 출력에서의 S/N 비율의 비율입니다.

큐). Photodetector의 샷 노이즈는 무엇입니까?

ㅏ). 광학 호모다인 검출에서 광검출기 내의 산탄 잡음은 양자화된 전자기장의 영점 변동에 기인하거나, 그렇지 않으면 광자 흡수 절차의 별도 특성에 기인합니다.

큐). 샷 노이즈는 어떻게 측정됩니까?

ㅏ). 이 노이즈는 샷 노이즈 = 10 log(2hν/P) in dBc/Hz)와 같이 사용하여 측정됩니다. dBc 내의 'c'는 신호에 상대적이므로 신호 전력 'P'를 곱하여 dBm/Hz 내의 샷 노이즈 전력을 얻습니다.

큐). 샷 노이즈를 어떻게 줄입니까?

이 소음은 다음과 같이 줄일 수 있습니다.

1. 신호 강도 증가: 시스템의 전류량을 증가시키면 샷 노이즈의 상대적 기여도가 감소합니다.
2. 신호 평균화: 동일한 신호의 여러 측정값을 평균화하면 노이즈가 시간이 지남에 따라 평균화되므로 샷 노이즈가 감소합니다.
3. 잡음 필터 구현: 저역 통과 필터와 같은 필터를 사용하여 신호에서 고주파수 잡음 성분을 제거할 수 있습니다.
4. 온도 감소: 시스템의 온도를 높이면 열 잡음의 양이 증가하여 산탄 잡음이 상대적으로 덜 중요해집니다.
5. 올바른 검출기 선택: 활성 영역이 더 크거나 전자 수집 효율이 더 높은 검출기를 사용하면 샷 노이즈의 영향을 줄일 수 있습니다.

따라서 이것은 샷 노이즈 개요 그리고 그것의 응용. 일반적으로 이 노이즈는 전압 차이 또는 전위 장벽이 있을 때마다 발생합니다. 정공 및 전자와 같은 전하 캐리어가 장벽을 통과하면 이 노이즈가 생성될 수 있습니다. 예를 들어 트랜지스터, 다이오드 및 진공관은 모두 샷 노이즈를 생성합니다. 여기 당신을 위한 질문이 있습니다, 소음은 무엇입니까?