फोटोडिटेक्टरहरूको आवाज कसरी कम गर्ने

फोटोडिटेक्टरहरूको आवाज कसरी कम गर्ने

फोटोडिटेक्टरहरूको आवाजमा मुख्यतया निम्न समावेश हुन्छन्: वर्तमान आवाज, थर्मल आवाज, शट आवाज, १/f आवाज र वाइडब्यान्ड आवाज, आदि। यो वर्गीकरण केवल अपेक्षाकृत नराम्रो हो। यस पटक, हामी फोटोडिटेक्टरहरूको आउटपुट संकेतहरूमा विभिन्न प्रकारका आवाजको प्रभावलाई राम्रोसँग बुझ्न सबैलाई मद्दत गर्न थप विस्तृत आवाज विशेषताहरू र वर्गीकरणहरू प्रस्तुत गर्नेछौं। आवाजका स्रोतहरू बुझेर मात्र हामी फोटोडिटेक्टरहरूको आवाजलाई राम्रोसँग कम गर्न र सुधार गर्न सक्छौं, जसले गर्दा प्रणालीको सिग्नल-टु-शोर अनुपातलाई अनुकूलन गर्न सकिन्छ।

शट नाइज भनेको चार्ज क्यारियरहरूको असन्तुलित प्रकृतिको कारणले हुने एक अनियमित उतारचढाव हो। विशेष गरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभावमा, जब फोटोनहरूले इलेक्ट्रोनहरू उत्पन्न गर्न फोटोसेन्सिटिभ कम्पोनेन्टहरूलाई प्रहार गर्छन्, यी इलेक्ट्रोनहरूको उत्पादन अनियमित हुन्छ र पोइसन वितरण अनुरूप हुन्छ। शट नाइजको वर्णक्रमीय विशेषताहरू समतल र फ्रिक्वेन्सी परिमाणबाट स्वतन्त्र हुन्छन्, र त्यसैले यसलाई सेतो नाइज पनि भनिन्छ। गणितीय विवरण: शट नाइजको मूल औसत वर्ग (RMS) मानलाई यसरी व्यक्त गर्न सकिन्छ:

तिनीहरूमध्ये:

e: इलेक्ट्रोनिक चार्ज (लगभग १.६ × १०-१९ कुलम्ब)

इडार्क: अँध्यारो धारा

Δf: ब्यान्डविथ

शट नाइज करेन्टको परिमाणसँग समानुपातिक हुन्छ र सबै फ्रिक्वेन्सीहरूमा स्थिर हुन्छ। सूत्रमा, इडार्कले फोटोडायोडको गाढा प्रवाहलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। अर्थात्, प्रकाशको अभावमा, फोटोडायोडमा अवांछित गाढा प्रवाह आवाज हुन्छ। फोटोडिटेक्टरको अगाडिको छेउमा निहित आवाजको रूपमा, गाढा प्रवाह जति ठूलो हुन्छ, फोटोडिटेक्टरको आवाज त्यति नै बढी हुन्छ। फोटोडायोडको बायस अपरेटिङ भोल्टेजबाट पनि गाढा प्रवाह प्रभावित हुन्छ, अर्थात्, बायस अपरेटिङ भोल्टेज जति ठूलो हुन्छ, गाढा प्रवाह त्यति नै ठूलो हुन्छ। यद्यपि, बायस काम गर्ने भोल्टेजले फोटोडिटेक्टरको जंक्शन क्यापेसिटन्सलाई पनि असर गर्छ, जसले गर्दा फोटोडिटेक्टरको गति र ब्यान्डविथ प्रभावित हुन्छ। यसबाहेक, बायस भोल्टेज जति ठूलो हुन्छ, गति र ब्यान्डविथ त्यति नै बढी हुन्छ। त्यसकारण, फोटोडायोडहरूको शट नाइज, डार्क करेन्ट र ब्यान्डविथ प्रदर्शनको सन्दर्भमा, वास्तविक परियोजना आवश्यकताहरू अनुसार उचित डिजाइन गरिनुपर्छ।

२. १/च फ्लिकर नाइज

१/f आवाज, जसलाई फ्लिकर आवाज पनि भनिन्छ, मुख्यतया कम-फ्रिक्वेन्सी दायरामा हुन्छ र यो सामग्री दोष वा सतह सफाई जस्ता कारकहरूसँग सम्बन्धित छ। यसको वर्णक्रमीय विशेषता रेखाचित्रबाट, यो देख्न सकिन्छ कि यसको पावर वर्णक्रमीय घनत्व कम-फ्रिक्वेन्सी दायराको तुलनामा उच्च-फ्रिक्वेन्सी दायरामा उल्लेखनीय रूपमा सानो छ, र आवृत्तिमा प्रत्येक १०० गुणा वृद्धिको लागि, वर्णक्रमीय घनत्व आवाज रेखीय रूपमा १० गुणाले घट्छ। १/f आवाजको पावर वर्णक्रमीय घनत्व आवृत्तिको विपरीत समानुपातिक हुन्छ, अर्थात्:

तिनीहरूमध्ये:

SI(f) : आवाज शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व

म: हाल

f: फ्रिक्वेन्सी

कम-फ्रिक्वेन्सी दायरामा १/f आवाज महत्त्वपूर्ण हुन्छ र फ्रिक्वेन्सी बढ्दै जाँदा कमजोर हुँदै जान्छ। यो विशेषताले यसलाई कम-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगहरूमा हस्तक्षेपको प्रमुख स्रोत बनाउँछ। १/f आवाज र वाइडब्यान्ड आवाज मुख्यतया फोटोडिटेक्टर भित्रको अपरेशनल एम्पलीफायरको भोल्टेज आवाजबाट आउँछ। फोटोडिटेक्टरहरूको आवाजलाई असर गर्ने आवाजका धेरै अन्य स्रोतहरू छन्, जस्तै अपरेशनल एम्पलीफायरहरूको पावर सप्लाई आवाज, वर्तमान आवाज, र अपरेशनल एम्पलीफायर सर्किटहरूको लाभमा प्रतिरोध नेटवर्कको थर्मल आवाज।

३. अपरेशनल एम्पलीफायरको भोल्टेज र करेन्टको आवाज: भोल्टेज र करेन्ट स्पेक्ट्रल घनत्व निम्न चित्रमा देखाइएको छ:

अपरेशनल एम्पलीफायर सर्किटहरूमा, करेन्ट शोरलाई इन-फेज करेन्ट शोर र इन्भर्टिङ करेन्ट शोरमा विभाजन गरिएको छ। इन-फेज करेन्ट शोर i+ स्रोत आन्तरिक प्रतिरोध R मार्फत बग्छ, बराबर भोल्टेज शोर u1= i+*Rs उत्पन्न गर्दछ। I- इन्भर्टिङ करेन्ट शोर बराबर भोल्टेज शोर u2= I-* R उत्पन्न गर्न गेन इक्विल्यान्ट रेजिस्टर R मार्फत बग्छ। त्यसैले जब पावर सप्लाईको RS ठूलो हुन्छ, करेन्ट शोरबाट रूपान्तरित भोल्टेज शोर पनि धेरै ठूलो हुन्छ। त्यसकारण, राम्रो शोरको लागि अनुकूलन गर्न, पावर सप्लाई शोर (आन्तरिक प्रतिरोध सहित) पनि अनुकूलनको लागि एक प्रमुख दिशा हो। वर्तमान शोरको वर्णक्रमीय घनत्व पनि फ्रिक्वेन्सी भिन्नताहरूसँग परिवर्तन हुँदैन। त्यसकारण, सर्किटद्वारा प्रवर्द्धित भएपछि, यो, फोटोडियोडको गाढा प्रवाह जस्तै, फोटोडिटेक्टरको शट शोरलाई व्यापक रूपमा बनाउँछ।

४. अपरेशनल एम्पलीफायर सर्किटको लाभ (एम्पलीफिकेशन फ्याक्टर) को लागि प्रतिरोध नेटवर्कको थर्मल आवाज निम्न सूत्र प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:

तिनीहरूमध्ये:

k: बोल्ट्जम्यान स्थिरांक (१.३८ × १०-२३J/K)

T: निरपेक्ष तापक्रम (K)

R: प्रतिरोध (ओम) थर्मल आवाज तापक्रम र प्रतिरोध मानसँग सम्बन्धित छ, र यसको स्पेक्ट्रम समतल छ। सूत्रबाट यो देख्न सकिन्छ कि लाभ प्रतिरोध मान जति ठूलो हुन्छ, थर्मल आवाज त्यति नै ठूलो हुन्छ। ब्यान्डविथ जति ठूलो हुन्छ, थर्मल आवाज पनि त्यति नै ठूलो हुन्छ। त्यसकारण, प्रतिरोध मान र ब्यान्डविथ मानले लाभ आवश्यकताहरू र ब्यान्डविथ आवश्यकताहरू दुवै पूरा गर्दछ भन्ने कुरा सुनिश्चित गर्न, र अन्ततः कम आवाज वा उच्च सिग्नल-टु-नाइज अनुपातको पनि माग गर्दछ, प्रणालीको आदर्श सिग्नल-टु-नाइज अनुपात प्राप्त गर्न वास्तविक परियोजना आवश्यकताहरूको आधारमा लाभ प्रतिरोधकहरूको चयनलाई सावधानीपूर्वक विचार र मूल्याङ्कन गर्न आवश्यक छ।

निष्कर्षमा

फोटोडिटेक्टरहरू र इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको कार्यसम्पादन बढाउन आवाज सुधार प्रविधिले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। उच्च परिशुद्धता भनेको कम आवाज हो। प्रविधिले उच्च परिशुद्धताको माग गर्दै, फोटोडिटेक्टरहरूको आवाज, सिग्नल-टु-नाइज अनुपात, र बराबर आवाज शक्तिको आवश्यकताहरू पनि बढ्दै गइरहेका छन्।