Unsaon pagpakunhod sa kasaba sa mga photodetector

Unsaon pagpakunhod sa kasaba sa mga photodetector

Ang kasaba sa mga photodetector kasagaran naglakip sa: kasaba sa karon, kasaba sa kainit, kasaba sa shot, kasaba sa 1/f ug kasaba sa wideband, ug uban pa. Kini nga klasipikasyon usa lamang ka medyo rough nga klasipikasyon. Niining higayona, atong ipaila ang mas detalyado nga mga kinaiya ug klasipikasyon sa kasaba aron matabangan ang tanan nga mas masabtan ang epekto sa lainlaing mga klase sa kasaba sa mga output signal sa mga photodetector. Pinaagi lamang sa pagsabot sa mga tinubdan sa kasaba nga atong mas mapakunhod ug mapaayo ang kasaba sa mga photodetector, sa ingon ma-optimize ang signal-to-noise ratio sa sistema.

Ang shot noise usa ka random nga pag-usab-usab nga gipahinabo sa discrete nga kinaiya sa mga charge carrier. Ilabi na sa photoelectric effect, kung ang mga photon moigo sa mga photosensitive component aron makamugna og mga electron, ang pagmugna niini nga mga electron random ug mosunod sa Poisson distribution. Ang spectral characteristics sa shot noise kay patag ug independente sa frequency magnitude, ug busa kini gitawag usab nga white noise. Deskripsyon sa matematika: Ang root mean square (RMS) nga bili sa shot noise mahimong ipahayag ingon:

Lakip niini:

e: Elektronikong karga (gibana-bana nga 1.6 × 10-19 coulombs)

Idark: Ngitngit nga sulog

Δf: Bandwidth

Ang shot noise proporsyonal sa gidak-on sa kuryente ug lig-on sa tanang frequency. Sa pormula, ang Idark nagrepresentar sa dark current sa photodiode. Buot ipasabot, kon walay kahayag, ang photodiode adunay dili gusto nga dark current noise. Tungod kay ang inherent noise sa pinakaatubangan nga bahin sa photodetector, kon mas dako ang dark current, mas dako ang noise sa photodetector. Ang dark current apektado usab sa bias operating voltage sa photodiode, buot ipasabot, kon mas dako ang bias operating voltage, mas dako ang dark current. Apan, ang bias working voltage makaapekto usab sa junction capacitance sa photodetector, nga makaimpluwensya sa speed ug bandwidth sa photodetector. Dugang pa, kon mas dako ang bias voltage, mas dako ang speed ug bandwidth. Busa, sa mga termino sa shot noise, dark current ug bandwidth performance sa mga photodiode, ang makatarunganon nga disenyo kinahanglan nga himuon sumala sa aktuwal nga mga kinahanglanon sa proyekto.

2. 1/f nga Kasaba sa Pagkidlap-kidlap

Ang 1/f noise, nailhan usab nga flicker noise, kasagaran mahitabo sa low-frequency range ug may kalabutan sa mga hinungdan sama sa mga depekto sa materyal o kalimpyo sa nawong. Gikan sa spectral characteristic diagram niini, makita nga ang power spectral density niini mas gamay sa high-frequency range kaysa sa low-frequency range, ug sa matag 100 ka pilo nga pagtaas sa frequency, ang spectral density noise linearly nga mikunhod og 10 ka pilo. Ang power spectral density sa 1/f noise kay inversely proportional sa frequency, nga mao ang:

Lakip niini:

SI(f) : Gahum sa kasaba, densidad sa spectral

Ako: Kasamtangang

f: Kasubsob

Ang 1/f nga kasaba kay importante sa low-frequency range ug mohuyang samtang motaas ang frequency. Kini nga kinaiya naghimo niini nga usa ka dakong tinubdan sa interference sa mga low-frequency nga aplikasyon. Ang 1/f nga kasaba ug wideband nga kasaba kasagaran gikan sa voltage noise sa operational amplifier sulod sa photodetector. Daghan pang ubang tinubdan sa kasaba nga makaapekto sa kasaba sa mga photodetector, sama sa power supply noise sa mga operational amplifier, current noise, ug ang thermal noise sa resistance network sa gain sa mga operational amplifier circuits.

3. Boltahe ug kasaba sa kuryente sa operational amplifier: Ang mga densidad sa spectral sa boltahe ug kuryente gipakita sa mosunod nga hulagway:

Sa mga operational amplifier circuit, ang current noise gibahin sa in-phase current noise ug inverting current noise. Ang in-phase current noise i+ moagos agi sa source internal resistance Rs, nga makamugna og equivalent voltage noise u1= i+*Rs. Ang I- Inverting current noise moagos agi sa gain equivalent resistor R aron makamugna og equivalent voltage noise u2= I-* R. Busa kung dako ang RS sa power supply, dako usab kaayo ang voltage noise nga na-convert gikan sa current noise. Busa, aron ma-optimize para sa mas maayong noise, ang power supply noise (lakip ang internal resistance) usa usab ka importanteng direksyon para sa optimization. Ang spectral density sa current noise dili usab mausab uban sa frequency variations. Busa, human kini ma-amplify sa circuit, kini, sama sa dark current sa photodiode, hingpit nga nagporma sa shot noise sa photodetector.

4. Ang thermal noise sa resistance network para sa gain (amplification factor) sa operational amplifier circuit mahimong makalkulo gamit ang mosunod nga pormula:

Lakip niini:

k: Boltzmann constant (1.38 × 10-23J/K)

T: Hingpit nga Temperatura (K)

R: Ang thermal noise sa resistance (ohms) may kalabutan sa temperatura ug bili sa resistance, ug ang spectrum niini patag. Makita gikan sa pormula nga kon mas dako ang bili sa gain resistance, mas dako ang thermal noise. Kon mas dako ang bandwidth, mas dako usab ang thermal noise. Busa, aron masiguro nga ang bili sa resistance ug bandwidth makatagbo sa mga kinahanglanon sa gain ug bandwidth, ug sa katapusan mangayo usab og ubos nga noise o taas nga signal-to-noise ratio, ang pagpili sa mga gain resistor kinahanglan nga hunahunaon pag-ayo ug susihon base sa aktuwal nga mga kinahanglanon sa proyekto aron makab-ot ang sulundon nga signal-to-noise ratio sa sistema.

Sumaryo

Ang teknolohiya sa pagpaayo sa kasaba adunay dakong papel sa pagpaayo sa performance sa mga photodetector ug mga elektronik nga aparato. Ang taas nga katukma nagpasabot ug ubos nga kasaba. Samtang ang teknolohiya nanginahanglan ug mas taas nga katukma, ang mga kinahanglanon alang sa kasaba, signal-to-noise ratio, ug katumbas nga gahum sa kasaba sa mga photodetector nagkataas usab.