Buku pucnja prvi je razvio njemački fizičar “Walter Schottky” koji je odigrao glavnu ulogu u širenju teorije emisije elektrona i iona. Dok je radio na termoenergetskim ventilima ili vakuumskim cijevima, primijetio je da su ostale dvije vrste buke, čak i kada su svi vanjski izvori buke uklonjeni. Jedan je utvrdio da je posljedica temperature koja je poznata kao termalni šum, dok je preostali šum pucanja. U električni krugovi , postoje različite vrste izvora buke kao što su johnsonov/termalni šum, šum pucanja, 1/f šum ili ružičasti/trepereći šum. Ovaj članak govori o pregledu a pucnjava – rad s aplikacijama.
Što je buka pucanja?
Vrsta elektroničke buke stvorene diskretnom prirodom električnog naboja poznata je kao udarni šum. U elektroničkim krugovima, ovaj šum ima nasumične fluktuacije u istosmjernoj struji jer struja zapravo ima protok elektrona. Ova buka je vidljiva uglavnom u poluvodički uređaji poput dioda s Schottkyjevom barijerom, PN spojeva i tunelskih spojeva. Za razliku od toplinskog šuma, ovaj šum uglavnom ovisi o protoku struje i očitiji je u PN tunelskim spojnim uređajima.
Buka sačma je značajna kod ekstremno malih struja uglavnom pri mjerenju na kratkim vremenskim skalama. Ova buka je posebno uočljiva kad god razine struje nisu visoke. Dakle, to je uglavnom zbog statističkog protoka struje.
Strujni krug buke pucnjave
Dolje je prikazana eksperimentalna postavka sa šumom sačme sa sklopom za fotografije. Ova postavka uključuje žarulju promjenjivog intenziteta i fotodioda koji su spojeni na jednostavan strujni krug. U sljedećem krugu, multimetar se koristi za mjerenje napona napajanja preko RF otpornika koji je spojen u seriju s foto krugom.
Prekidač u krugu odabire može li se fotostruja (ili) kalibracijski signal dati ostatku kruga. Operativno pojačalo koje se nalazi na desnoj strani spojeno je paralelno s otpornikom, što uzrokuje oko deseterostruko pojačanje sklopne kutije sa sačmom.
Osciloskop se koristi za digitalno uključivanje rezultirajućeg signala šuma. Funkcijski generator se koristi u seriji s prigušivačem za podešavanje krivulje pojačanja. Ovdje smo započeli eksperiment s bukom sačme s vrlo pažljivom kalibracijom mjernog lanca kroz prigušeni sinusoidalni signal pomoću funkcijskog generatora. Dobitak se bilježi (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).
Tijekom ovog eksperimenta, jednostavno smo zabilježili RMS napon šuma koji je izmjeren osciloskopom 20 puta za 8 različitih napona unutar svjetlosnog foto kruga VF. Nakon toga smo prekinuli foto krug i zabilježili razinu buke u pozadini.
U ovom krugu, šum koji se mjeri može se neznatno promijeniti ovisno o vremenu integracije koje koristi osciloskop, međutim, to je u rasponu od 0,1% nesigurnosti i možemo ga zanemariti, jer njime dominira nesigurnost uzrokovana slučajne fluktuacije unutar napona.
Formula struje buke pucnjave
Šum pucanja javlja se kada struja teče kroz a PN spoj . Na njemu su prisutni razni spojevi integrirani krugovi . Prelazak barijere jednostavno je nasumičan, a proizvedena istosmjerna struja zbroj je različitih nasumičnih elementarnih strujnih signala. Ovaj šum je stabilan iznad svih frekvencija. Formula za struju sačme prikazana je u nastavku.
In = √2qIΔf
Gdje,
'q' je naboj na elektronu koji je ekvivalentan 1,6 × 10-19 kulona.
'I' je tok struje kroz spoj.
‘Δf’ je propusnost u hercima.
Razlika u crno-bijeloj buci pucanja, Johnsonovoj buci i impulsnoj buci
Razlika između pucnjave, Johnsonove buke i impulsne buke razmatra se u nastavku.
|
Buka pucanja |
Johnsonova buka |
Impulsni šum |
| Šum koji nastaje zbog diskretne prirode naboja koji se prenose kroz elektrone/rupe poznat je kao udarni šum. | Buka koja nastaje toplinskom agitacijom nositelja naboja poznata je kao Johnsonov šum. | Buka koja sadrži brzi oštar zvuk inače brzi prasak u trajanju poput pucnja poznat je kao impulsni šum. |
| Ovaj šum je također poznat kao kvantni šum. | Johnsonov šum se još naziva i Nyquistov šum/termalni šum. | Impulsni šum je također poznat kao burst šum. |
| Ovaj šum ne ovisi o frekvenciji i temperaturi. | Ovaj šum je proporcionalan temperaturi. | Ovo ne ovisi o temperaturi. |
| Ovaj šum se uglavnom javlja kod brojanja fotona unutar optičkih uređaja, gdje god je ovaj šum povezan s čestičnom prirodom snopa. | Toplinski šum uglavnom nastaje nasumičnim kretanjem slobodnih elektrona unutar vodiča što je rezultat toplinske agitacije. | Impulsni šum uglavnom se javlja kroz grmljavinske oluje i naponske prijelazne pojave kroz elektro-mehaničke sklopne sustave. |
Prednosti i nedostatci
The prednosti pucnjave uključuju sljedeće.
- Šum pucanja na visokim frekvencijama ograničavajući je šum za zemaljske detektore.
- Ovaj šum jednostavno pruža vrijedne informacije o osnovnim fizičkim procesima izvan drugih eksperimentalnih metoda.
- Budući da se jačina signala brže povećava, tada se relativni udio udarnog šuma smanjuje i omjer S/N se povećava.
The nedostaci pucnjave uključuju sljedeće.
- Ovaj šum je jednostavno uzrokovan fluktuacijama unutar broja detektiranih fotona na fotodiodi.
- Potrebna je modifikacija podataka nakon mjerenja kako bi se nadoknadio gubitak signala zbog niskopropusnog filtra (LPF) formiranog kroz tunelski spoj.
- Ovo je buka kvantno ograničenog intenziteta. Različiti laseri su vrlo blizu buke pucanja, kao minimum za frekvencije visokog šuma.
Prijave
The primjene pucnjave uključuju sljedeće.
- Ovaj šum je uglavnom vidljiv u poluvodičkim uređajima kao što su PN spojevi, tunelski spojevi i diode s Schottkyjevom barijerom.
- Značajan je u fundamentalnoj fizici, optičkoj detekciji, elektronici, telekomunikacijama itd.
- Ova vrsta šuma se susreće u elektroničkim i RF krugovima kao učinak granularne prirode struje.
- Ova buka je vrlo značajna u sustavu vrlo male snage.
- Ovaj šum je u korelaciji s kvantiziranom prirodom naboja i pojedinačnim ubrizgavanjem nositelja kroz pn-spoj.
- Ovaj se šum jednostavno razlikuje od fluktuacija struje u ravnoteži koje se javljaju bez primijenjenog napona i bez normalnog toka struje.
- Šum sačme je vremenski ovisna fluktuacija unutar električne struje koja je uzrokovana diskretnošću naboja elektrona.
Q). Zašto se pucnjava naziva bijeli šum?
A). Ovaj šum je često poznat kao bijeli šum jer ima konstantnu spektralnu gustoću. Glavni primjeri bijelog šuma su udarni šum i toplinski šum.
Q). Što je faktor šuma u komunikaciji?
To je mjera degradacije omjera S/N unutar uređaja. Dakle, to je omjer S/N omjera na i/p i S/N omjera na izlazu.
Q). Što je šum pucanja u fotodetektoru?
A). Šum pucnja unutar fotodetektora pri detekciji optičke homodine pripisuje se ili fluktuacijama nulte točke kvantiziranog elektromagnetskog polja, inače zasebnoj prirodi postupka apsorpcije fotona.
Q). Kako se mjeri buka pucnja?
A). Ova buka se mjeri korištenjem ove poput buke pucnja = 10 log(2hν/P) u dBc/Hz). 'C' unutar dBc je relativan u odnosu na signal, stoga množimo sa snagom signala 'P' kako bismo dobili snagu udarnog šuma unutar dBm/Hz.
Q). Kako smanjiti buku pucanja?
Ova se buka može smanjiti
- Povećanje jačine signala: Povećanje količine struje u sustavu smanjit će relativni doprinos buke pucanja.
- Usrednjavanje signala: Usrednjavanje višestrukih mjerenja istog signala smanjit će šum pucanja jer će se šum izračunati u prosjeku tijekom vremena.
- Implementacija filtara šuma: Filtri poput niskopropusnih filtara mogu se koristiti za uklanjanje visokofrekventnih komponenti šuma iz signala.
- Smanjenje temperature: Povećanje temperature sustava povećat će količinu toplinske buke, čineći buku pucanja relativno manje značajnom.
- Odabir pravog detektora: Korištenje detektora s većom aktivnom površinom ili većom učinkovitošću prikupljanja elektrona može smanjiti utjecaj buke pucanja.
Dakle, ovo je pregled pucnjave i njegove primjene. Obično se ova buka javlja kad god postoji razlika napona ili potencijalna barijera. Nakon što nositelji naboja poput rupa i elektrona prijeđu barijeru, tada se može generirati ovaj šum. Na primjer, tranzistor, dioda i vakuumska cijev će generirati sačmu. Evo pitanja za vas, što je buka?
