El ruido de disparo fue desarrollado por primera vez por el físico alemán llamado 'Walter Schottky', quien desempeñó un papel principal en la expansión de la teoría de emisión de electrones e iones. Mientras trabajaba en válvulas termoiónicas o tubos de vacío, observó que incluso cuando se eliminaban todas las fuentes de ruido externo, quedaban dos tipos de ruido. Uno que determinó fue el resultado de la temperatura que se conoce como ruido térmico, mientras que el otro es ruido de disparo. En circuitos electricos , existen diferentes tipos de fuentes de ruido, como ruido johnson/térmico, ruido de disparo, ruido 1/f o ruido rosa/parpadeo. Este artículo analiza una descripción general de un disparo – trabajar con aplicaciones.
¿Qué es el ruido de disparo?
Un tipo de ruido electrónico creado a partir de la naturaleza discreta de la carga eléctrica se conoce como ruido de disparo. En los circuitos electrónicos, este ruido tiene fluctuaciones aleatorias en una corriente continua porque en realidad la corriente tiene un flujo de electrones. Este ruido se nota principalmente en dispositivos semiconductores como diodos de barrera Schottky, uniones PN y uniones de túnel. A diferencia del ruido térmico, este ruido depende principalmente del flujo de corriente y es más evidente en los dispositivos de unión de túneles PN.
El ruido de disparo es significativo con corrientes extremadamente pequeñas, principalmente cuando se mide en escalas de tiempo cortas. Este ruido es particularmente notable cuando los niveles de corriente no son altos. Esto se debe principalmente al flujo de corriente estadístico.
Circuito de ruido de disparo
La configuración experimental de ruido de disparo con un circuito de montaje fotográfico se muestra a continuación. Esta configuración incluye una bombilla de luz de intensidad variable y fotodiodo que están conectados a un circuito simple. En el siguiente circuito, el multímetro se usa para medir el suministro de voltaje a través de una resistencia de RF que está conectada en serie con el fotocircuito.
Un interruptor en el circuito elige si la fotocorriente (o) la señal de calibración se puede dar al resto del circuito. El amplificador operacional que está en el lado derecho está conectado en paralelo con la resistencia, lo que hace que la caja de ensamblaje de ruido de disparo tenga una ganancia de alrededor de diez veces.
El osciloscopio se utiliza para incorporar digitalmente la señal de ruido resultante. Se utiliza un generador de funciones en serie con un atenuador para ajustar la curva de ganancia. Aquí, comenzamos el experimento de ruido de disparo con una calibración muy cuidadosa de la cadena de medición a través de una señal sinusoidal atenuada usando un generador de funciones. Se registra la ganancia (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).
Durante este experimento, simplemente registramos el voltaje RMS del ruido que mide el osciloscopio 20 veces para 8 voltajes diferentes dentro del fotocircuito de luz VF. Después de eso, rompimos el circuito fotográfico y registramos el nivel de ruido de fondo.
En este circuito, el ruido que se mide puede cambiar ligeramente dependiendo del tiempo de integración utilizado por el osciloscopio, sin embargo, esto tiene un rango de incertidumbre del orden de 0.1% y podemos ignorarlo, ya que está dominado por la incertidumbre causada por fluctuaciones aleatorias dentro del voltaje.
Ruido de disparo Fórmula actual
El ruido de disparo ocurre cuando el flujo de corriente a través de un Unión PN . Hay varios cruces presentes en circuitos integrados . El cruce de la barrera es simplemente aleatorio y la corriente continua producida es la suma de varias señales de corriente elementales aleatorias. Este ruido es estable por encima de todas las frecuencias. La fórmula actual de ruido de disparo se muestra a continuación.
In = √2qIΔf
Dónde,
'q' es la carga de un electrón que equivale a 1,6 × 10-19 culombios.
'I' es el flujo de corriente a lo largo de la unión.
'Δf' es el ancho de banda en Hertz.
Diferencia B/N Ruido de disparo, Ruido Johnson y Ruido de impulso
La diferencia entre el ruido de disparo, el ruido de Johnson y el ruido de impulso se analiza a continuación.
|
Disparo |
ruido johnson |
Ruido de impulso |
| El ruido que surge debido a la naturaleza discreta de las cargas transportadas a través de electrones/agujeros se conoce como ruido de disparo. | El ruido que se genera a través de la agitación térmica de los portadores de carga se conoce como ruido de Johnson. | El ruido que contiene un sonido rápido y agudo, de lo contrario, un estallido rápido de duración de disparo como un disparo se conoce como ruido de impulso. |
| Este ruido también se conoce como ruido cuántico. | El ruido de Johnson también se denomina ruido de Nyquist/ruido térmico. | El ruido de impulso también se conoce como ruido de ráfaga. |
| Este ruido es independiente de la frecuencia y la temperatura. | Este ruido es proporcional a la temperatura. | Esto no depende de la temperatura. |
| Este ruido ocurre principalmente en el conteo de fotones dentro de los dispositivos ópticos, siempre que este ruido esté asociado con la naturaleza de las partículas del haz. | El ruido térmico ocurre principalmente por el movimiento aleatorio de los electrones libres dentro de un conductor que resulta de la agitación térmica. | El ruido de impulso ocurre principalmente a través de tormentas eléctricas y transitorios de voltaje a través de sistemas de conmutación electromecánicos. |
Ventajas y desventajas
El ventajas del ruido de disparo Incluya lo siguiente.
- El ruido de disparo a altas frecuencias es el ruido limitante para los detectores terrestres.
- Este ruido simplemente proporciona información valiosa sobre procesos físicos básicos más allá de otros métodos experimentales.
- Dado que la intensidad de la señal aumenta más rápidamente, la proporción relativa de ruido de disparo se reduce y la relación señal/ruido aumenta.
El desventajas del ruido de disparo Incluya lo siguiente.
- Este ruido es causado simplemente por las fluctuaciones en el número de fotones detectados en el fotodiodo.
- Necesita una modificación de datos posterior a la medición para compensar la pérdida de señal debido al filtro de paso bajo (LPF) formado a través de la unión del túnel.
- Este es un ruido de intensidad limitada cuánticamente. Varios láseres están muy cerca del ruido de disparo, como mínimo para frecuencias de alto ruido.
Aplicaciones
El aplicaciones de ruido de disparo Incluya lo siguiente.
- Este ruido es principalmente visible en dispositivos semiconductores como uniones PN, uniones de túnel y diodos de barrera Schottky.
- Es importante en física fundamental, detección óptica, electrónica, telecomunicaciones, etc.
- Este tipo de ruido se encuentra en los circuitos electrónicos y de RF como efecto de la naturaleza granular de la corriente.
- Este ruido es muy significativo en un sistema de muy baja potencia.
- Este ruido está correlacionado con la naturaleza de la carga cuantificada y la inyección del portador individual a lo largo de la unión pn.
- Este ruido simplemente se distingue de las fluctuaciones de corriente en equilibrio que ocurren sin ningún voltaje aplicado y sin ningún flujo normal de corriente.
- El ruido de disparo son las fluctuaciones dependientes del tiempo dentro de la corriente eléctrica que son causadas por la discreción de la carga de electrones.
Q). ¿Por qué el ruido de disparo se llama ruido blanco?
A). Este ruido se conoce frecuentemente como ruido blanco porque tiene una densidad espectral constante. Los principales ejemplos de ruido blanco son el ruido de disparo y el ruido térmico.
Q). ¿Qué es el factor de ruido en la comunicación?
Es la medida de la degradación de la relación S/N dentro de un dispositivo. Por lo tanto, es la relación entre la relación S/N en i/p y la relación S/N en la salida.
Q). ¿Qué es el ruido de disparo en el fotodetector?
A). El ruido de disparo dentro del fotodetector en la detección de homodino óptico se atribuye a las fluctuaciones del punto cero del campo electromagnético cuantificado, o bien a la naturaleza separada del procedimiento de absorción de fotones.
Q). ¿Cómo se mide el ruido de disparo?
A). Este ruido se mide usando este ruido de disparo similar = 10 log(2hν/P) en dBc/Hz). La 'c' dentro de dBc es relativa a la señal, por lo que multiplicamos la potencia de la señal 'P' para obtener la potencia del ruido de disparo en dBm/Hz.
Q). ¿Cómo se reduce el ruido de disparo?
Este ruido se puede reducir
- Aumentar la intensidad de la señal: aumentar la cantidad de corriente en el sistema reducirá la contribución relativa del ruido de disparo.
- Promedio de la señal: Promediar múltiples mediciones de la misma señal reducirá el ruido de disparo, ya que el ruido se promediará con el tiempo.
- Implementación de filtros de ruido: se pueden usar filtros como los filtros de paso bajo para eliminar los componentes de ruido de alta frecuencia de la señal.
- Reducción de la temperatura: el aumento de la temperatura del sistema aumentará la cantidad de ruido térmico, lo que hará que el ruido de disparo sea relativamente menos significativo.
- Elección del detector correcto: el uso de un detector con un área activa más grande o una mayor eficiencia de recolección de electrones puede reducir el impacto del ruido de disparo.
Así, esto es una descripción general del ruido de disparo y sus aplicaciones. Por lo general, este ruido ocurre cuando hay un diferencial de voltaje o una barrera de potencial. Una vez que los portadores de carga, como los agujeros y los electrones, cruzan la barrera, se puede generar este ruido. Por ejemplo, un transistor, un diodo y un tubo de vacío generarán ruido de disparo. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es el ruido?
