फोटोडिटेक्टरचा आवाज कसा कमी करायचा

फोटोडिटेक्टरचा आवाज कसा कमी करायचा

फोटोडिटेक्टरच्या आवाजात प्रामुख्याने हे समाविष्ट आहे: करंट नॉइज, थर्मल नॉइज, शॉट नॉइज, १/एफ नॉइज आणि वाइडबँड नॉइज, इ. हे वर्गीकरण तुलनेने ढोबळ आहे. यावेळी, फोटोडिटेक्टरच्या आउटपुट सिग्नलवर विविध प्रकारच्या नॉइजचा होणारा परिणाम सर्वांना चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करण्यासाठी आम्ही अधिक तपशीलवार नॉइज वैशिष्ट्ये आणि वर्गीकरण सादर करू. केवळ नॉइजचे स्रोत समजून घेऊनच आपण फोटोडिटेक्टरचा नॉइज कमी करू शकतो आणि सुधारू शकतो, ज्यामुळे सिस्टमचा सिग्नल-टू-नॉइज रेशो ऑप्टिमायझेशन होतो.

शॉट नॉइज हा चार्ज कॅरियर्सच्या स्वतंत्र स्वरूपामुळे होणारा एक यादृच्छिक चढउतार आहे. विशेषतः फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये, जेव्हा फोटॉन इलेक्ट्रॉन निर्माण करण्यासाठी प्रकाशसंवेदनशील घटकांवर आदळतात, तेव्हा या इलेक्ट्रॉनची निर्मिती यादृच्छिक असते आणि पॉइसन वितरणाशी सुसंगत असते. शॉट नॉइजची वर्णक्रमीय वैशिष्ट्ये सपाट असतात आणि वारंवारता परिमाणापेक्षा स्वतंत्र असतात, आणि म्हणूनच त्याला पांढरा नॉइज असेही म्हणतात. गणितीय वर्णन: शॉट नॉइजचे मूळ सरासरी वर्ग (RMS) मूल्य असे व्यक्त केले जाऊ शकते:

त्यापैकी:

e: इलेक्ट्रॉनिक चार्ज (अंदाजे १.६ × १०-१९ कूलॉम्ब)

इडार्क: गडद प्रवाह

Δf: बँडविड्थ

शॉट नॉइज हा विद्युतप्रवाहाच्या परिमाणाच्या प्रमाणात असतो आणि सर्व फ्रिक्वेन्सीवर स्थिर असतो. सूत्रात, इडार्क फोटोडायोडच्या गडद प्रवाहाचे प्रतिनिधित्व करतो. म्हणजेच, प्रकाशाच्या अनुपस्थितीत, फोटोडायोडमध्ये अवांछित गडद प्रवाहाचा आवाज असतो. फोटोडिटेक्टरच्या अगदी पुढच्या टोकाला अंतर्निहित आवाज असल्याने, गडद प्रवाह जितका मोठा असेल तितका फोटोडिटेक्टरचा आवाज जास्त असेल. फोटोडायोडच्या बायस ऑपरेटिंग व्होल्टेजमुळे गडद प्रवाह देखील प्रभावित होतो, म्हणजेच बायस ऑपरेटिंग व्होल्टेज जितका मोठा असेल तितका गडद प्रवाह जास्त असेल. तथापि, बायस वर्किंग व्होल्टेज फोटोडिटेक्टरच्या जंक्शन कॅपेसिटन्सवर देखील परिणाम करतो, ज्यामुळे फोटोडिटेक्टरचा वेग आणि बँडविड्थ प्रभावित होतो. शिवाय, बायस व्होल्टेज जितका जास्त असेल तितका वेग आणि बँडविड्थ जास्त असेल. म्हणून, फोटोडायोडच्या शॉट नॉइज, गडद प्रवाह आणि बँडविड्थ कामगिरीच्या बाबतीत, वास्तविक प्रकल्प आवश्यकतांनुसार वाजवी डिझाइन केले पाहिजे.

२. १/च फ्लिकर नॉइज

१/फ आवाज, ज्याला फ्लिकर नॉइज असेही म्हणतात, तो प्रामुख्याने कमी-फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये होतो आणि तो मटेरियल दोष किंवा पृष्ठभागाची स्वच्छता यासारख्या घटकांशी संबंधित असतो. त्याच्या वर्णक्रमीय वैशिष्ट्यपूर्ण आकृतीवरून, हे दिसून येते की त्याची पॉवर वर्णक्रमीय घनता कमी-फ्रिक्वेन्सी रेंजपेक्षा उच्च-फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये लक्षणीयरीत्या कमी आहे आणि वारंवारतेत प्रत्येक १०० पट वाढ झाल्यास, वर्णक्रमीय घनता ध्वनी रेषीयपणे १० पट कमी होतो. १/फ आवाजाची शक्ती वर्णक्रमीय घनता वारंवारतेच्या व्यस्त प्रमाणात असते, म्हणजेच:

त्यापैकी:

SI(f): ध्वनी शक्ती वर्णक्रमीय घनता

मी: चालू

f: वारंवारता

कमी-फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये १/f आवाज महत्त्वाचा असतो आणि वारंवारता वाढत असताना तो कमकुवत होतो. हे वैशिष्ट्य कमी-फ्रिक्वेन्सी अनुप्रयोगांमध्ये हस्तक्षेपाचा एक प्रमुख स्रोत बनवते. १/f आवाज आणि वाइडबँड आवाज प्रामुख्याने फोटोडिटेक्टरमधील ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायरच्या व्होल्टेज आवाजातून येतो. फोटोडिटेक्टरच्या आवाजावर परिणाम करणारे आवाजाचे इतर अनेक स्रोत आहेत, जसे की ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायरचा पॉवर सप्लाय आवाज, करंट आवाज आणि ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायर सर्किट्सच्या वाढीमध्ये रेझिस्टन्स नेटवर्कचा थर्मल आवाज.

३. ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायरचा व्होल्टेज आणि करंट आवाज: व्होल्टेज आणि करंट स्पेक्ट्रल घनता खालील आकृतीमध्ये दर्शविली आहे:

ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायर सर्किट्समध्ये, करंट नॉइज इन-फेज करंट नॉइज आणि इनव्हर्टिंग करंट नॉइजमध्ये विभागले जाते. इन-फेज करंट नॉइज i+ सोर्स इंटरनल रेझिस्टन्स R मधून वाहतो, ज्यामुळे समतुल्य व्होल्टेज नॉइज u1= i+*Rs निर्माण होतो. I- इन्व्हर्टिंग करंट नॉइज गेन इक्विल्युअल रेझिस्टर R मधून वाहतो ज्यामुळे समतुल्य व्होल्टेज नॉइज u2= I-* R निर्माण होतो. म्हणून जेव्हा पॉवर सप्लायचा RS मोठा असतो, तेव्हा करंट नॉइजमधून रूपांतरित होणारा व्होल्टेज नॉइज देखील खूप मोठा असतो. म्हणून, चांगल्या नॉइजसाठी ऑप्टिमायझेशन करण्यासाठी, पॉवर सप्लाय नॉइज (अंतर्गत रेझिस्टन्ससह) देखील ऑप्टिमायझेशनसाठी एक प्रमुख दिशा आहे. फ्रिक्वेन्सी फरकांसह करंट नॉइजची स्पेक्ट्रल घनता देखील बदलत नाही. म्हणून, सर्किटद्वारे अॅम्प्लीफाय केल्यानंतर, ते, फोटोडायोडच्या गडद करंटप्रमाणे, फोटोडिटेक्टरचा शॉट नॉइज सर्वसमावेशकपणे बनवते.

४. ऑपरेशनल अॅम्प्लिफायर सर्किटच्या वाढीसाठी (अ‍ॅम्प्लिफिकेशन फॅक्टर) रेझिस्टन्स नेटवर्कचा थर्मल नॉइज खालील सूत्र वापरून मोजता येतो:

त्यापैकी:

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

टी: परिपूर्ण तापमान (के)

R: रेझिस्टन्स (ओम) थर्मल नॉइज तापमान आणि रेझिस्टन्स व्हॅल्यूशी संबंधित आहे आणि त्याचा स्पेक्ट्रम सपाट आहे. सूत्रावरून हे दिसून येते की गेन रेझिस्टन्स व्हॅल्यू जितका मोठा असेल तितका थर्मल नॉइज जास्त असेल. बँडविड्थ जितकी मोठी असेल तितका थर्मल नॉइज देखील जास्त असेल. म्हणून, रेझिस्टन्स व्हॅल्यू आणि बँडविड्थ व्हॅल्यू गेन आवश्यकता आणि बँडविड्थ आवश्यकता दोन्ही पूर्ण करतात याची खात्री करण्यासाठी आणि शेवटी कमी नॉइज किंवा उच्च सिग्नल-टू-नॉइज रेशोची मागणी करण्यासाठी, सिस्टमचा आदर्श सिग्नल-टू-नॉइज रेशो साध्य करण्यासाठी वास्तविक प्रकल्प आवश्यकतांवर आधारित गेन रेझिस्टर्सची निवड काळजीपूर्वक विचारात घेणे आणि मूल्यांकन करणे आवश्यक आहे.

सारांश

फोटोडिटेक्टर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांची कार्यक्षमता वाढविण्यात ध्वनी सुधारणा तंत्रज्ञान महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते. उच्च अचूकता म्हणजे कमी आवाज. तंत्रज्ञानाला उच्च अचूकतेची आवश्यकता असल्याने, फोटोडिटेक्टरच्या ध्वनी, सिग्नल-टू-नॉईज रेशो आणि समतुल्य ध्वनी शक्तीच्या आवश्यकता देखील वाढत आहेत.