Giunsa makunhuran ang kasaba sa mga photodetector

Giunsa makunhuran ang kasaba sa mga photodetector

Ang kasaba sa mga photodetector nag-una naglakip sa: kasamtangan nga kasaba, thermal noise, shot noise, 1/f noise ug wideband noise, ug uban pa. Kini nga klasipikasyon medyo bagis lang. Niining higayona, ipaila namo ang mas detalyado nga mga kinaiya sa kasaba ug mga klasipikasyon aron matabangan ang tanan nga mas masabtan ang epekto sa nagkalain-laing matang sa kasaba sa mga output signal sa mga photodetector. Pinaagi lamang sa pagsabut sa mga tinubdan sa kasaba nga mahimo natong mas maayo nga makunhuran ug mapaayo ang kasaba sa mga photodetector, sa ingon ma-optimize ang signal-to-noise ratio sa sistema.

Ang kasaba sa shot usa ka random nga pag-usab-usab tungod sa discrete nga kinaiya sa mga tagdala sa bayad. Ilabi na sa photoelectric nga epekto, sa diha nga ang mga photon mohampak sa mga photosensitive nga mga sangkap aron makamugna og mga electron, ang henerasyon niini nga mga electron random ug mouyon sa Poisson distribution. Ang spectral nga mga kinaiya sa shot noise kay patag ug independente sa frequency magnitude, ug busa gitawag usab kini nga white noise. Deskripsyon sa matematika: Ang gamut mean square (RMS) nga kantidad sa shot noise mahimong ipahayag ingon:

Lakip kanila:

e: Electronic charge (gibana-bana nga 1.6 × 10-19 coulombs)

Idark: Ngitngit nga sulog

Δf: Bandwidth

Ang kasaba sa shot kay proporsyonal sa kadako sa kasamtangan ug stable sa tanang frequency. Sa pormula, ang Idark nagrepresentar sa ngitngit nga sulog sa photodiode. Sa ato pa, kung wala ang kahayag, ang photodiode adunay dili gusto nga ngitngit nga kasaba. Ingon nga kinaiyanhon nga kasaba sa atubangan nga tumoy sa photodetector, mas dako ang ngitngit nga sulog, mas dako ang kasaba sa photodetector. Ang mangitngit nga kasamtangan apektado usab sa bias operating boltahe sa photodiode, nga mao, ang mas dako ang bias operating boltahe, ang mas dako ang ngitngit nga kasamtangan. Bisan pa, ang bias nga nagtrabaho nga boltahe makaapekto usab sa junction capacitance sa photodetector, sa ingon nakaimpluwensya sa katulin ug bandwidth sa photodetector. Dugang pa, mas dako ang bias nga boltahe, mas dako ang katulin ug bandwidth. Busa, sa mga termino sa shot noise, dark current ug bandwidth performance sa photodiodes, ang makatarunganon nga disenyo kinahanglan nga ipatuman sumala sa aktwal nga mga kinahanglanon sa proyekto.

2. 1/f Flicker Noise

Ang 1/f noise, nailhan usab nga flicker noise, kasagarang mahitabo sa ubos nga frequency range ug may kalabutan sa mga hinungdan sama sa mga depekto sa materyal o kalimpyo sa nawong. Gikan sa spectral nga kinaiya nga 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 beses nga pagtaas sa frequency, ang spectral density noise linearly mikunhod sa 10 ka beses. Ang power spectral density sa 1/f noise inversely proportional sa frequency, nga mao:

Lakip kanila:

SI(f): Noise power spectral density

Ako: Karon

f: Kasubsob

Ang 1/f nga kasaba mahinungdanon sa ubos nga frequency range ug mohuyang samtang ang frequency nagdugang. Kini nga kinaiya naghimo niini nga usa ka mayor nga tinubdan sa pagpanghilabot sa ubos-frequency aplikasyon. Ang 1/f noise ug wideband noise nag-una gikan sa boltahe nga kasaba sa operational amplifier sulod sa photodetector. Adunay daghang uban pang mga tinubdan sa kasaba nga makaapekto sa kasaba sa mga photodetector, sama sa kasaba sa suplay sa kuryente sa mga operational amplifier, kasamtangan nga kasaba, ug ang thermal noise sa resistance network sa pag-angkon sa operational amplifier circuits.

3. Boltahe ug kasamtangan nga kasaba sa operational amplifier: Ang boltahe ug kasamtangan nga spectral densidad gipakita sa mosunod nga numero:

Sa operational amplifier circuits, ang kasamtangan nga kasaba gibahin ngadto sa in-phase nga kasamtangan nga kasaba ug inverting kasamtangan nga kasaba. Ang in-phase nga kasaba nga i+ moagos pinaagi sa tinubdan sa internal nga resistensya Rs, nga makamugna og katumbas nga boltahe nga kasaba u1= i+*Rs. I- Ang pagbag-o sa kasamtangan nga kasaba nag-agos pinaagi sa nakuha nga katumbas nga resistor R aron makamugna og katumbas nga boltahe nga kasaba u2= I-* R. Busa kung ang RS sa suplay sa kuryente dako, ang boltahe nga kasaba nga nakabig gikan sa kasamtangan nga kasaba dako usab kaayo. Busa, aron ma-optimize alang sa mas maayo nga kasaba, ang kasaba sa suplay sa kuryente (lakip ang internal nga pagsukol) usa usab ka hinungdanon nga direksyon alang sa pag-optimize. Ang spectral nga densidad sa kasamtangan nga kasaba dili usab mausab sa frequency nga mga kalainan. Busa, human nga gipadako sa sirkito, kini, sama sa ngitngit nga sulog sa photodiode, komprehensibo nga nagporma sa shot noise sa photodetector.

4. Ang thermal noise sa resistensya nga network alang sa ganansya (pagpadako nga hinungdan) sa operational amplifier circuit mahimong kalkulado gamit ang mosunod nga pormula:

Lakip kanila:

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

T: Hingpit nga Temperatura (K)

R: Ang kasaba sa kainit sa resistensya (ohms) adunay kalabotan sa temperatura ug kantidad sa pagsukol, ug ang spectrum niini patag. Kini makita gikan sa pormula nga ang mas dako ang ganancia nga resistensya nga bili, mas dako ang kasaba sa kainit. Kon mas dako ang bandwidth, mas dako usab ang thermal noise. Busa, aron masiguro nga ang kantidad sa resistensya ug kantidad sa bandwidth nagtagbo sa mga kinahanglanon sa ganansya ug mga kinahanglanon sa bandwidth, ug sa katapusan nanginahanglan usab nga mubu nga kasaba o taas nga ratio sa signal-to-noise, ang pagpili sa mga resistor nga nakuha kinahanglan nga maampingon nga konsiderahon ug susihon base sa aktwal nga mga kinahanglanon sa proyekto aron makab-ot ang sulundon nga signal-to-noise ratio sa sistema.

Summary

Ang teknolohiya sa pagpaayo sa ingay adunay hinungdanon nga papel sa pagpaayo sa pasundayag sa mga photodetector ug elektronik nga aparato. Ang taas nga katukma nagpasabut nga gamay nga kasaba. Ingon nga 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 ug mas taas.