Wéi een de Kaméidi vu Photodetektoren reduzéiere kann

Wéi een de Kaméidi vu Photodetektoren reduzéiere kann

De Kaméidi vu Photodetekteren ëmfaasst haaptsächlech: Stroumrauschen, thermesche Kaméidi, Schlagrauschen, 1/f-Rauschen a Breitbandrauschen, etc. Dës Klassifikatioun ass nëmmen eng relativ ongeféier. Dës Kéier wäerte mir méi detailléiert Kaméidicharakteristiken a Klassifikatioune virstellen, fir jidderengem ze hëllefen, den Impakt vu verschiddenen Aarte vu Kaméidi op d'Ausgangssignaler vu Photodetekteren besser ze verstoen. Nëmmen andeems mir d'Quelle vum Kaméidi verstoen, kënne mir de Kaméidi vu Photodetekteren besser reduzéieren a verbesseren, wouduerch d'Signal-Kaméidi-Verhältnis vum System optimiséiert gëtt.

Schossrauschen ass eng zoufälleg Schwankung, déi duerch déi diskret Natur vu Ladungsträger verursaacht gëtt. Besonnesch am photoelektreschen Effekt, wann Photonen op fotosensitiv Komponenten treffen fir Elektronen ze generéieren, ass d'Generatioun vun dësen Elektronen zoufälleg an entsprécht der Poisson-Verdeelung. Déi spektral Charakteristike vum Schossrauschen si flaach an onofhängeg vun der Frequenzgréisst, dofir gëtt et och wäisst Rauschen genannt. Mathematesch Beschreiwung: De Root Mean Square (RMS) Wäert vum Schossrauschen kann ausgedréckt ginn als:

Ënnert hinnen:

e: Elektronesch Ladung (ongeféier 1,6 × 10⁻⁹ Coulomb)

Idark: Däischter Stroum

Δf: Bandbreet

D'Schossrauschen ass proportional zu der Gréisst vum Stroum a stabil bei alle Frequenzen. An der Formel representéiert Idark den Däischterstroum vun der Photodiod. Dat heescht, wann et kee Liicht gëtt, huet d'Photodiod ongewollt Däischterstroumrauschen. Wéi den inherenten Rauschen ganz virum Enn vum Photodetektor, wat méi grouss den Däischterstroum ass, wat méi grouss de Rauschen vum Photodetektor ass. Den Däischterstroum gëtt och vun der Bias-Betribsspannung vun der Photodiod beaflosst, dat heescht, wat méi grouss d'Bias-Betribsspannung ass, wat méi grouss den Däischterstroum ass. Wéi och ëmmer, d'Bias-Betribsspannung beaflosst och d'Verbindungskapazitéit vum Photodetektor, wouduerch d'Geschwindegkeet an d'Bandbreet vum Photodetektor beaflosst ginn. Ausserdeem, wat méi grouss d'Biasspannung ass, wat méi grouss d'Geschwindegkeet an d'Bandbreet ass. Dofir sollt, wat d'Schossrauschen, den Däischterstroum an d'Bandbreetleistung vu Photodioden ugeet, e vernünftege Plang no den tatsächleche Projetufuerderunge duerchgefouert ginn.

2. 1/f Flimmergeräischer

1/f-Rauschen, och bekannt als Flimmerrauschen, trëtt haaptsächlech am Nidderfrequenzberäich op a hänkt mat Faktoren wéi Materialdefekter oder Uewerflächenreinheet zesummen. Aus sengem Spektralcharakterdiagramm kann een erkennen, datt seng Leeschtungsspektraldicht am Héichfrequenzberäich däitlech méi kleng ass wéi am Nidderfrequenzberäich, a fir all 100-fache Frequenzsteigerung hëlt de Spektraldichtrauschen linear ëm den 10-fache of. D'Leeschtungsspektraldicht vum 1/f-Rauschen ass ëmgekéiert proportional zu der Frequenz, dat heescht:

Ënnert hinnen:

SI(f) : Spektraldicht vun der Rauschleistung

Ech: Aktuell

f: Frequenz

1/f-Rauschen ass bedeitend am Nidderfrequenzberäich a schwächt mat der Erhéijung vun der Frequenz. Dës Charakteristik mécht et zu enger Haaptquell vun Interferenzen an Nidderfrequenzapplikatiounen. 1/f-Rauschen a Breetbandrauschen stamen haaptsächlech vum Spannungsrauschen vum Operatiounsverstärker am Photodetektor. Et gëtt vill aner Quelle vu Rauschen, déi de Rauschen vu Photodetektoren beaflossen, wéi zum Beispill de Stroumversuergungsrauschen vun Operatiounsverstärker, Stroumrauschen an den thermesche Rauschen vum Widderstandsnetz am Verstärkungsberäich vun Operatiounsverstärkerschaltungen.

3. Spannungs- a Stroumrauschen vum Operatiounsverstärker: D'Spannungs- a Stroumspektraldichte sinn an der folgender Figur duergestallt:

An operationelle Verstärkerschaltungen gëtt de Stroumrauschen a Stroumrauschen am Phasen an invertéierend Stroumrauschen opgedeelt. De Stroumrauschen am Phasen i+ fléisst duerch den internen Widderstand Rs vun der Quell a generéiert en äquivalente Spannungsrauschen u1= i+*Rs. Den invertéierende Stroumrauschen fléisst duerch de Gewënn-Äquivalentwidderstand R fir äquivalente Spannungsrauschen u2= I-* R ze generéieren. Wann also den RS vun der Stroumversuergung grouss ass, ass de Spannungsrauschen, deen aus dem Stroumrauschen ëmgewandelt gëtt, och ganz grouss. Dofir, fir bessere Rauschen ze optimiséieren, ass de Rauschen vun der Stroumversuergung (inklusiv internen Widderstand) och eng Schlësselrichtung fir d'Optimiséierung. D'Spektraldicht vum Stroumrauschen ännert sech och net mat Frequenzvariatiounen. Dofir, nodeems en vum Circuit verstäerkt gouf, bilt en, wéi den Donkelstroum vun der Photodiod, ëmfaassend de Shot-Rauschen vum Photodetektor.

4. Den thermesche Kaméidi vum Widderstandsnetz fir de Verstärkungsfaktor (Verstärkungsfaktor) vum Operatiounsverstärkerschaltkrees kann mat der folgender Formel berechent ginn:

Ënnert hinnen:

k: Boltzmann-Konstant (1,38 × 10⁻²⁶J/K)

T: Absolut Temperatur (K)

R: De Widderstand (Ohm) thermesche Geräischer hänkt mat der Temperatur an dem Widderstandswäert zesummen, a säi Spektrum ass flaach. Aus der Formel kann een erkennen, datt wat méi grouss de Gewënnwidderstandswäert ass, wat méi grouss den thermesche Geräischer ass. Wat méi grouss d'Bandbreet ass, wat och méi grouss den thermesche Geräischer ass. Dofir, fir sécherzestellen, datt de Widderstandswäert an de Bandbreetwäert souwuel d'Gewënnufuerderungen ewéi och d'Bandbreetufuerderungen erfëllen, a schlussendlech och e niddrege Geräischer oder en héicht Signal-Rausch-Verhältnis verlaangen, muss d'Auswiel vun de Gewënnwidderstänn suergfälteg iwwerluecht a bewäert ginn op Basis vun den aktuellen Projetufuerderungen, fir dat ideal Signal-Rausch-Verhältnis vum System z'erreechen.

Resumé

D'Technologie fir d'Verbesserung vun der Geräischer spillt eng wichteg Roll bei der Verbesserung vun der Leeschtung vu Photodetekteren an elektroneschen Apparater. Héich Präzisioun bedeit wéineg Geräischer. Well d'Technologie eng méi héich Präzisioun verlaangt, ginn d'Ufuerderunge fir Geräischer, Signal-Rausch-Verhältnis an déi gläichwäerteg Geräischerleistung vu Photodetekteren och ëmmer méi héich.