ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ശബ്ദം എങ്ങനെ കുറയ്ക്കാം

ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ശബ്ദം എങ്ങനെ കുറയ്ക്കാം

ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ശബ്ദത്തിൽ പ്രധാനമായും ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു: കറന്റ് നോയ്‌സ്, തെർമൽ നോയ്‌സ്, ഷോട്ട് നോയ്‌സ്, 1/f നോയ്‌സ്, വൈഡ്‌ബാൻഡ് നോയ്‌സ്, മുതലായവ. ഈ വർഗ്ഗീകരണം താരതമ്യേന ഏകദേശമാണ്. ഇത്തവണ, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ഔട്ട്‌പുട്ട് സിഗ്നലുകളിൽ വിവിധ തരം നോയ്‌സിന്റെ സ്വാധീനം എല്ലാവർക്കും നന്നായി മനസ്സിലാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നതിന് കൂടുതൽ വിശദമായ നോയ്‌സ് സവിശേഷതകളും വർഗ്ഗീകരണങ്ങളും ഞങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കും. ശബ്ദത്തിന്റെ ഉറവിടങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കുന്നതിലൂടെ മാത്രമേ നമുക്ക് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ നോയ്‌സ് മികച്ച രീതിയിൽ കുറയ്ക്കാനും മെച്ചപ്പെടുത്താനും കഴിയൂ, അതുവഴി സിസ്റ്റത്തിന്റെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാനും കഴിയൂ.

ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ വ്യതിരിക്ത സ്വഭാവം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ക്രമരഹിതമായ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകളാണ് ഷോട്ട് നോയ്‌സ്. പ്രത്യേകിച്ച് ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റിൽ, ഇലക്ട്രോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനായി ഫോട്ടോണുകൾ ഫോട്ടോസെൻസിറ്റീവ് ഘടകങ്ങളെ തട്ടിയാൽ, ഈ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഉത്പാദനം ക്രമരഹിതവും പോയിസൺ വിതരണവുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതുമാണ്. ഷോട്ട് നോയ്‌സിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ പരന്നതും ഫ്രീക്വൻസി മാഗ്നിറ്റ്യൂഡിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രവുമാണ്, അതിനാൽ ഇതിനെ വൈറ്റ് നോയ്‌സ് എന്നും വിളിക്കുന്നു. ഗണിത വിവരണം: ഷോട്ട് നോയ്‌സിന്റെ റൂട്ട് മീഡിയൻ സ്‌ക്വയർ (RMS) മൂല്യം ഇങ്ങനെ പ്രകടിപ്പിക്കാം:

അവർക്കിടയിൽ:

e: ഇലക്ട്രോണിക് ചാർജ് (ഏകദേശം 1.6 × 10-19 കൂലോംബ്സ്)

ഐഡാർക്ക്: ഇരുണ്ട പ്രവാഹം

Δf: ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്

ഷോട്ട് നോയ്‌സ് വൈദ്യുതധാരയുടെ വ്യാപ്തിക്ക് ആനുപാതികമാണ്, എല്ലാ ഫ്രീക്വൻസികളിലും സ്ഥിരതയുള്ളതുമാണ്. ഫോർമുലയിൽ, ഐഡാർക്ക് ഫോട്ടോഡയോഡിന്റെ ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. അതായത്, പ്രകാശത്തിന്റെ അഭാവത്തിൽ, ഫോട്ടോഡയോഡിന് ആവശ്യമില്ലാത്ത ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയുടെ ശബ്ദമുണ്ട്. ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ മുൻവശത്ത് അന്തർലീനമായ ശബ്ദമുള്ളതിനാൽ, ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാര വലുതാകുമ്പോൾ, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ശബ്ദവും വർദ്ധിക്കും. ഫോട്ടോഡയോഡിന്റെ ബയസ് ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജും ഡാർക്ക് കറന്റിനെ ബാധിക്കുന്നു, അതായത്, ബയസ് ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജ് വലുതാകുമ്പോൾ, ഇരുണ്ട വൈദ്യുതധാരയും വർദ്ധിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, ബയസ് വർക്കിംഗ് വോൾട്ടേജ് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ജംഗ്ഷൻ കപ്പാസിറ്റൻസിനെയും ബാധിക്കുന്നു, അതുവഴി ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ വേഗതയെയും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിനെയും സ്വാധീനിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, ബയസ് വോൾട്ടേജ് കൂടുന്തോറും വേഗതയും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും വർദ്ധിക്കും. അതിനാൽ, ഫോട്ടോഡയോഡുകളുടെ ഷോട്ട് നോയ്‌സ്, ഡാർക്ക് കറന്റ്, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് പ്രകടനം എന്നിവയുടെ കാര്യത്തിൽ, യഥാർത്ഥ പ്രോജക്റ്റ് ആവശ്യകതകൾക്കനുസരിച്ച് ന്യായമായ രൂപകൽപ്പന നടത്തണം.

2. 1/f ഫ്ലിക്കർ നോയ്‌സ്

1/f ശബ്ദം, ഫ്ലിക്കർ നോയ്‌സ് എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു, പ്രധാനമായും ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിലാണ് സംഭവിക്കുന്നത്, കൂടാതെ മെറ്റീരിയൽ വൈകല്യങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ ഉപരിതല ശുചിത്വം പോലുള്ള ഘടകങ്ങളുമായി ഇത് ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ സ്വഭാവ ഡയഗ്രാമിൽ നിന്ന്, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ അതിന്റെ പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയെ അപേക്ഷിച്ച് ഗണ്യമായി കുറവാണെന്ന് കാണാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഓരോ 100 മടങ്ങ് ആവൃത്തി വർദ്ധിക്കുമ്പോഴും, സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത ശബ്ദം രേഖീയമായി 10 മടങ്ങ് കുറയുന്നു. 1/f ശബ്ദത്തിന്റെ പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത ഫ്രീക്വൻസിക്ക് വിപരീത അനുപാതത്തിലാണ്, അതായത്:

അവർക്കിടയിൽ:

SI(f) : ശബ്ദ പവർ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രത

ഞാൻ: നിലവിലുള്ളത്

f: ആവൃത്തി

ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ 1/f ശബ്ദം പ്രധാനമാണ്, ഫ്രീക്വൻസി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അത് ദുർബലമാകുന്നു. ഈ സ്വഭാവം ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇടപെടലിന്റെ ഒരു പ്രധാന ഉറവിടമാക്കി മാറ്റുന്നു. 1/f ശബ്ദവും വൈഡ്‌ബാൻഡ് ശബ്ദവും പ്രധാനമായും ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിനുള്ളിലെ ഓപ്പറേഷണൽ ആംപ്ലിഫയറിന്റെ വോൾട്ടേജ് ശബ്ദത്തിൽ നിന്നാണ് വരുന്നത്. ഓപ്പറേഷണൽ ആംപ്ലിഫയറുകളുടെ പവർ സപ്ലൈ നോയ്‌സ്, കറന്റ് നോയ്‌സ്, ഓപ്പറേഷണൽ ആംപ്ലിഫയർ സർക്യൂട്ടുകളുടെ ഗെയ്നിലെ റെസിസ്റ്റൻസ് നെറ്റ്‌വർക്കിന്റെ താപ നോയ്‌സ് എന്നിങ്ങനെ ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ശബ്ദത്തെ ബാധിക്കുന്ന മറ്റ് നിരവധി ശബ്ദ സ്രോതസ്സുകളുണ്ട്.

3. പ്രവർത്തന ആംപ്ലിഫയറിന്റെ വോൾട്ടേജും കറന്റും ശബ്ദങ്ങൾ: വോൾട്ടേജും കറന്റും സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രതകൾ ഇനിപ്പറയുന്ന ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു:

ഓപ്പറേഷണൽ ആംപ്ലിഫയർ സർക്യൂട്ടുകളിൽ, കറന്റ് നോയിസിനെ ഇൻ-ഫേസ് കറന്റ് നോയിസ്, ഇൻവെർട്ടിംഗ് കറന്റ് നോയിസ് എന്നിങ്ങനെ തിരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇൻ-ഫേസ് കറന്റ് നോയിസ് i+ ഉറവിട ആന്തരിക പ്രതിരോധം R വഴി ഒഴുകുന്നു, ഇത് തുല്യമായ വോൾട്ടേജ് നോയിസ് u1= i+*Rs സൃഷ്ടിക്കുന്നു. I- വിപരീത കറന്റ് നോയിസ് ഗെയിൻ തുല്യമായ റെസിസ്റ്റർ R വഴി ഒഴുകുന്നു, ഇത് തുല്യമായ വോൾട്ടേജ് നോയിസ് സൃഷ്ടിക്കുന്നു u2= I-* R. അതിനാൽ പവർ സപ്ലൈയുടെ RS വലുതാകുമ്പോൾ, കറന്റ് നോയിസിൽ നിന്ന് പരിവർത്തനം ചെയ്ത വോൾട്ടേജ് നോയിസും വളരെ വലുതാണ്. അതിനാൽ, മികച്ച നോയിസിനായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിന്, പവർ സപ്ലൈ നോയിസ് (ആന്തരിക പ്രതിരോധം ഉൾപ്പെടെ) ഒപ്റ്റിമൈസേഷനുള്ള ഒരു പ്രധാന ദിശയാണ്. ഫ്രീക്വൻസി വ്യതിയാനങ്ങൾക്കൊപ്പം കറന്റ് നോയിസിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ സാന്ദ്രതയും മാറുന്നില്ല. അതിനാൽ, സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിച്ച് ആംപ്ലിഫൈ ചെയ്ത ശേഷം, ഫോട്ടോഡയോഡിന്റെ ഡാർക്ക് കറന്റ് പോലെ, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ഷോട്ട് നോയിസിനെ സമഗ്രമായി രൂപപ്പെടുത്തുന്നു.

4. പ്രവർത്തന ആംപ്ലിഫയർ സർക്യൂട്ടിന്റെ നേട്ടത്തിനായുള്ള (ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ ഘടകം) പ്രതിരോധ ശൃംഖലയുടെ താപ ശബ്ദത്തെ ഇനിപ്പറയുന്ന ഫോർമുല ഉപയോഗിച്ച് കണക്കാക്കാം:

അവർക്കിടയിൽ:

k: ബോൾട്ട്സ്മാൻ സ്ഥിരാങ്കം (1.38 × 10-23J/K)

ടി: കേവല താപനില (കെ)

R: റെസിസ്റ്റൻസ് (ഓംസ്) തെർമൽ നോയ്‌സ് താപനിലയുമായും റെസിസ്റ്റൻസ് മൂല്യവുമായും ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, അതിന്റെ സ്പെക്ട്രം ഫ്ലാറ്റ് ആണ്. ഗെയിൻ റെസിസ്റ്റൻസ് മൂല്യം കൂടുന്തോറും താപ നോയ്‌സും കൂടുതലാണെന്ന് ഫോർമുലയിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും. ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വലുതാകുമ്പോൾ താപ നോയ്‌സും കൂടുതലായിരിക്കും. അതിനാൽ, റെസിസ്റ്റൻസ് മൂല്യവും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് മൂല്യവും ഗെയിൻ ആവശ്യകതകളും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ആവശ്യകതകളും നിറവേറ്റുന്നുണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാനും, ആത്യന്തികമായി കുറഞ്ഞ നോയ്‌സ് അല്ലെങ്കിൽ ഉയർന്ന സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ആവശ്യമാണെന്നും ഉറപ്പാക്കാൻ, സിസ്റ്റത്തിന്റെ അനുയോജ്യമായ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം കൈവരിക്കുന്നതിന് യഥാർത്ഥ പ്രോജക്റ്റ് ആവശ്യകതകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഗെയിൻ റെസിസ്റ്ററുകളുടെ തിരഞ്ഞെടുപ്പ് ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പരിഗണിക്കുകയും വിലയിരുത്തുകയും ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്.

സംഗ്രഹം

ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെയും ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെയും പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിൽ ശബ്ദ മെച്ചപ്പെടുത്തൽ സാങ്കേതികവിദ്യ ഒരു പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഉയർന്ന കൃത്യത എന്നാൽ കുറഞ്ഞ ശബ്ദം എന്നാണ് അർത്ഥമാക്കുന്നത്. സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഉയർന്ന കൃത്യത ആവശ്യമുള്ളതിനാൽ, ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുകളുടെ ശബ്‌ദം, സിഗ്നൽ-ടു-ശബ്‌ദ അനുപാതം, തത്തുല്യമായ ശബ്ദ ശക്തി എന്നിവയുടെ ആവശ്യകതകളും വർദ്ധിച്ചുവരികയാണ്.