Kiel redukti la bruon de fotodetektiloj

Kiel redukti la bruon de fotodetektiloj

La bruo de fotodetektiloj ĉefe inkluzivas: kurentan bruon, termikan bruon, pafbruon, 1/f-bruon kaj larĝbendan bruon, ktp. Ĉi tiu klasifiko estas nur relative malglata. Ĉi-foje, ni prezentos pli detalajn bruokarakterizaĵojn kaj klasifikojn por helpi ĉiujn pli bone kompreni la efikon de diversaj specoj de bruo sur la eliraj signaloj de fotodetektiloj. Nur komprenante la fontojn de bruo ni povas pli bone redukti kaj plibonigi la bruon de fotodetektiloj, tiel optimumigante la signalo-bruo-rilatumon de la sistemo.

Pafbruo estas hazarda fluktuo kaŭzita de la diskreta naturo de ŝargoportiloj. Precipe en la fotoelektra efiko, kiam fotonoj trafas fotosentemajn komponantojn por generi elektronojn, la generado de ĉi tiuj elektronoj estas hazarda kaj konformas al la Poisson-distribuo. La spektraj karakterizaĵoj de pafbruo estas ebenaj kaj sendependaj de frekvenca magnitudo, kaj tial ĝi ankaŭ nomiĝas blanka bruo. Matematika priskribo: La kvadrata averaĝa (RMS) valoro de pafbruo povas esti esprimita kiel:

Inter ili:

e: Elektronika ŝargo (proksimume 1,6 × 10⁻⁹ kulomboj)

Idark: Malluma fluo

Δf: Bendolarĝo

Pafbruo estas proporcia al la grando de la kurento kaj estas stabila ĉe ĉiuj frekvencoj. En la formulo, Idark reprezentas la malluman kurenton de la fotodiodo. Tio estas, en la foresto de lumo, la fotodiodo havas nedeziratan malluman kurentbruon. Ĉar estas eneca bruo ĉe la antaŭa fino de la fotodetektilo, ju pli granda estas la malluma kurento, des pli granda estas la bruo de la fotodetektilo. Malluma kurento ankaŭ estas influita de la biasa funkciiga tensio de la fotodiodo, tio estas, ju pli granda estas la biasa funkciiga tensio, des pli granda estas la malluma kurento. Tamen, la biasa funkciiga tensio ankaŭ influas la krucvojan kapacitancon de la fotodetektilo, tiel influante la rapidon kaj bendlarĝon de la fotodetektilo. Krome, ju pli granda estas la biasa tensio, des pli grandaj estas la rapido kaj bendlarĝo. Tial, rilate al la pafbruo, malluma kurento kaj bendlarĝa agado de fotodiodoj, oni devas fari akcepteblan dezajnon laŭ la faktaj projektaj postuloj.

2. 1/f Flagreta Bruo

1/f-bruo, ankaŭ konata kiel flagra bruo, ĉefe okazas en la malaltfrekvenca gamo kaj rilatas al faktoroj kiel materialaj difektoj aŭ surfaca pureco. El ĝia spektra karakteriza diagramo, oni povas vidi, ke ĝia potenca spektra denseco estas signife pli malgranda en la altfrekvenca gamo ol en la malaltfrekvenca gamo, kaj por ĉiu 100-obla pliiĝo de frekvenco, la spektra denseca bruo linie malpliiĝas je 10-obla. La potenca spektra denseco de 1/f-bruo estas inverse proporcia al la frekvenco, tio estas:

Inter ili:

SI(f): Spektra denseco de brua potenco

Mi: Aktuala

f: Frekvenco

1/f-bruo estas signifa en la malaltfrekvenca gamo kaj malfortiĝas kiam la frekvenco pliiĝas. Ĉi tiu karakterizaĵo igas ĝin grava fonto de interfero en malaltfrekvencaj aplikoj. 1/f-bruo kaj larĝbenda bruo ĉefe devenas de la tensiobruo de la operacia amplifilo ene de la fotodetektilo. Ekzistas multaj aliaj fontoj de bruo, kiuj influas la bruon de fotodetektiloj, kiel ekzemple la nutra bruo de operaciaj amplifiloj, kurenta bruo kaj la termika bruo de la rezistanca reto en la gajno de operaciaj amplifilcirkvitoj.

3. Tensio- kaj kurento-bruo de la operacia amplifilo: La tensio- kaj kurento-spektraj densecoj estas montritaj en la sekva figuro:

En operaciaj amplifikaj cirkvitoj, kurenta bruo estas dividita en samfazan kurentan bruon kaj inversan kurentan bruon. La samfaza kurenta bruo i+ fluas tra la interna rezistanco de la fonto Rs, generante ekvivalentan tensian bruon u1 = i+*Rs. La inversa kurenta bruo I- fluas tra la ekvivalenta rezistanco de la gajno R por generi ekvivalentan tensian bruon u2 = I-* R. Do kiam la RS de la elektrofonto estas granda, la tensia bruo konvertita el la kurenta bruo ankaŭ estas tre granda. Tial, por optimumigi pli bonan bruon, la elektrofonta bruo (inkluzive de interna rezistanco) estas ankaŭ ŝlosila direkto por optimumigo. La spektra denseco de la kurenta bruo ankaŭ ne ŝanĝiĝas kun frekvencaj varioj. Tial, post kiam ĝi estas amplifikita de la cirkvito, ĝi, kiel la malhela kurento de la fotodiodo, amplekse formas la pafbruon de la fotodetektilo.

4. La termika bruo de la rezistanca reto por la gajno (amplifikfaktoro) de la operacia amplifikcirkvito povas esti kalkulita per la jena formulo:

Inter ili:

k: konstanto de Boltzmann (1,38 × 10⁻²³J/K)

T: Absoluta Temperaturo (K)

R: Rezisto (omoj) termika bruo rilatas al temperaturo kaj rezistanco, kaj ĝia spektro estas plata. Oni povas vidi el la formulo, ke ju pli granda la gajnorezistanco, des pli granda la termika bruo. Ju pli granda la bendolarĝo, des pli granda ankaŭ estos la termika bruo. Tial, por certigi, ke la rezistanco kaj bendolarĝo plenumas kaj la gajnopostulojn kaj la bendolarĝopostulojn, kaj finfine ankaŭ postulas malaltan bruon aŭ altan signalo-bruoproporcion, la elekto de gajnorezistiloj devas esti zorge konsiderata kaj taksata surbaze de la faktaj projektaj postuloj por atingi la idealan signalo-bruoproporcion de la sistemo.

Resumo

Bruopliboniga teknologio ludas signifan rolon en plibonigo de la funkciado de fotodetektiloj kaj elektronikaj aparatoj. Alta precizeco signifas malaltan bruon. Ĉar teknologio postulas pli altan precizecon, la postuloj pri bruo, signalo-bruo-rilatumo kaj ekvivalenta bruopotenco de fotodetektiloj ankaŭ fariĝas pli kaj pli altaj.