Фотодетекторлордун ызы-чуусун кантип азайтуу керек

Фотодетекторлордун ызы-чуусун кантип азайтуу керек

Фотодетекторлордун ызы-чуусу негизинен төмөнкүлөрдү камтыйт: учурдагы ызы-чуу, жылуулук ызы-чуу, атуу ызы-чуу, 1/f ызы-чуу жана кең тилкелүү ызы-чуу, ж.б. Бул классификация салыштырмалуу одоно гана. Бул жолу биз ызы-чуунун ар кандай түрлөрүнүн фотодетекторлордун чыгыш сигналдарына тийгизген таасирин жакшыраак түшүнүүгө жардам берүү үчүн ызы-чуунун кеңири мүнөздөмөлөрүн жана классификацияларын киргизебиз. Ызы-чуунун булактарын түшүнүү менен гана биз фотодетекторлордун ызы-чуусун жакшыраак азайтып, жакшырта алабыз, ошону менен системанын сигнал-ызы-чуу катышын оптималдаштырабыз.

Атылган ызы-чуу – заряд алып жүрүүчүлөрдүн дискреттүү мүнөзүнөн келип чыккан кокустук термелүү. Айрыкча фотоэлектрдик эффектте, фотондор электрондорду пайда кылуу үчүн фото сезгич компоненттерге тийгенде, бул электрондордун жаралышы туш келди жана Пуассон бөлүштүрүлүшүнө ылайык келет. Атылган ызы-чуунун спектрдик мүнөздөмөлөрү жалпак жана жыштык чоңдугуна көз каранды эмес, ошондуктан ал ак ызы-чуу деп да аталат. Математикалык сыпаттама: Атылган ызы-чуунун орточо квадраттык (RMS) мааниси төмөнкүчө чагылдырууга болот:

Алардын арасында:

д: Электрондук заряд (болжол менен 1,6 × 10-19 кулон)

Идарк: Кара агым

Δf: өткөрүү жөндөмдүүлүгү

Атылган ызы-чуу токтун чоңдугуна пропорционалдуу жана бардык жыштыктарда туруктуу. Формулада Idark фотодиоддун караңгы агымын билдирет. Башкача айтканда, жарык жок болгон учурда, фотодиод каалабаган караңгы токтун ызы-чуусуна ээ. Фотодетектордун эң алдыңкы учуна мүнөздүү ызы-чуу болгондуктан, караңгы агым канчалык чоң болсо, фотодетектордун ызы-чуусу ошончолук чоң болот. Караңгы токко фотодиоддун кыйшаюусунун иштөө чыңалуулары да таасир этет, б.а., иштөө чыңалуу канчалык чоң болсо, караңгы ток ошончолук чоң болот. Бирок жумушчу чыңалуу фотодетектордун туташуу сыйымдуулугуна да таасирин тийгизет, ошону менен фотодетектордун ылдамдыгына жана өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө таасирин тийгизет. Мындан тышкары, чыңалуу канчалык чоң болсо, ылдамдык жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү ошончолук чоң болот. Ошондуктан, атылган ызы-чуу, караңгы ток жана photodiodes өткөрүү жөндөмдүүлүгү жагынан, акылга сыярлык дизайн иш жүзүндө долбоордун талаптарына ылайык жүзөгө ашырылышы керек.

2. 1/f Flicker Noise

1/f ызы-чуу, ошондой эле бүлбүлдөгөн ызы-чуу катары белгилүү, негизинен төмөнкү жыштык диапазонунда пайда болот жана материалдык кемчиликтер же беттин тазалыгы сыяктуу факторлорго байланыштуу. Анын спектрдик мүнөздөмө диаграммасынан анын кубаттуулугунун спектрдик тыгыздыгы төмөнкү жыштык диапазонуна караганда жогорку жыштык диапазонунда бир кыйла аз экенин жана жыштыктын ар бир 100 эсе өсүшү үчүн спектрдик тыгыздыктын ызы-чуусу сызыктуу түрдө 10 эсеге азайгандыгын көрүүгө болот. 1/f ызы-чуунун кубаттуу спектрдик тыгыздыгы жыштыкка тескери пропорционалдуу, башкача айтканда:

Алардын арасында:

SI(f): Ызы-чуу күчү спектрдик тыгыздыгы

Мен: Учурдагы

f: Жыштык

1/f ызы-чуу төмөнкү жыштык диапазонунда маанилүү жана жыштыктын өсүшү менен алсырайт. Бул өзгөчөлүк аны төмөнкү жыштыктагы колдонмолордо кийлигишүүнүн негизги булагы кылат. 1/f ызы-чуу жана кең тилкелүү ызы-чуу негизинен фотодетектордун ичиндеги операциялык күчөткүчтүн чыңалуу ызы-чуусунан келип чыгат. Фотодетекторлордун ызы-чуусуна таасир этүүчү ызы-чуунун башка көптөгөн булактары бар, мисалы, операциялык күчөткүчтөрдүн электр менен камсыздоочу ызы-чуусу, токтун ызы-чуусу, операциялык күчөткүч схемалардын күчөшүндө каршылык тармагынын жылуулук ызы-чуусу.

3. Операциялык күчөткүчтүн чыңалуу жана токтун ызы-чуусу: чыңалуу жана токтун спектрдик тыгыздыгы төмөнкү сүрөттө көрсөтүлгөн:

Операциялык күчөткүч схемаларында токтун ызы-чуусу фазадагы ток ызы-чуусу жана инвертивдүү токтун ызы-чуусу болуп бөлүнөт. Фазадагы токтун ызы-чуусу i+ булагы Rs ички каршылыгы аркылуу агып, эквиваленттүү чыңалуу ызы-чуусун u1= i+*Rs жаратат. I- Инвертивдүү токтун ызы-чуусу эквиваленттүү чыңалуу ызы-чуусун пайда кылуу үчүн R күчөшүнүн эквиваленттүү резистору аркылуу өтөт. u2= I-* R. Ошентип, кубат булагынын RS чоң болгондо, токтун ызы-чуусунан айланган чыңалуу ызы-чуусу да абдан чоң болот. Ошондуктан, жакшы ызы-чуу үчүн оптималдаштыруу үчүн, электр менен жабдуу ызы-чуу (анын ичинде ички каршылык) да оптималдаштыруу үчүн негизги багыт болуп саналат. Учурдагы ызы-чуунун спектрдик тыгыздыгы жыштыктын өзгөрүшү менен да өзгөрбөйт. Демек, чынжыр менен күчөтүлгөндөн кийин, ал фотодиоддун кара агымы сыяктуу, фотодетектордун атуу ызы-чуусун комплекстүү түрдө түзөт.

4. Операциялык күчөткүчтүн схемасынын күчөшү (күчөтүү коэффициенти) үчүн каршылык тармагынын жылуулук ызы-чуусун төмөнкү формула боюнча эсептөөгө болот:

Алардын арасында:

k: Больцман туруктуусу (1,38 × 10-23 Дж/К)

Т: Абсолюттук температура (К)

R: Каршылык (ом) жылуулук ызы-чуу температура жана каршылык мааниси менен байланыштуу, жана анын спектри жалпак. Бул формуладан көрүнүп тургандай, пайда каршылыктын мааниси канчалык чоң болсо, жылуулук ызы-чуу ошончолук чоң болот. Өткөрүү жөндөмдүүлүгү канчалык чоң болсо, жылуулук ызы-чуу да ошончолук чоң болот. Демек, каршылыктын мааниси жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү пайда алуу талаптарына да, өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө да жооп бериши үчүн жана акырында ызы-чуу аз же жогорку сигнал-ызы-чуу катышы талап кылынышы үчүн, системанын идеалдуу сигнал-ызы-чуу катышына жетүү үчүн пайда резисторлорун тандоо кылдаттык менен каралышы жана долбоордун иш жүзүндөгү талаптарынын негизинде бааланышы керек.

Жыйынтык

Ызы-чууну жакшыртуу технологиясы фотодетекторлордун жана электрондук түзүлүштөрдүн иштешин жогорулатууда маанилүү роль ойнойт. Жогорку тактык аз ызы-чууну билдирет. Технология жогорку тактыкты талап кылгандыктан, фотодетекторлордун ызы-чуу, сигналдын ызы-чуу катышы жана эквиваленттүү ызы-чуу күчү үчүн талаптар да барган сайын жогорулоодо.