ફોટોડિટેક્ટરનો અવાજ કેવી રીતે ઓછો કરવો

ફોટોડિટેક્ટરનો અવાજ કેવી રીતે ઓછો કરવો

ફોટોડિટેક્ટર્સના અવાજમાં મુખ્યત્વે શામેલ છે: વર્તમાન અવાજ, થર્મલ અવાજ, શોટ અવાજ, 1/f અવાજ અને વાઇડબેન્ડ અવાજ, વગેરે. આ વર્ગીકરણ ફક્ત પ્રમાણમાં રફ છે. આ વખતે, અમે ફોટોડિટેક્ટર્સના આઉટપુટ સિગ્નલો પર વિવિધ પ્રકારના અવાજની અસરને વધુ સારી રીતે સમજવામાં દરેકને મદદ કરવા માટે વધુ વિગતવાર અવાજ લાક્ષણિકતાઓ અને વર્ગીકરણ રજૂ કરીશું. ફક્ત અવાજના સ્ત્રોતોને સમજીને જ આપણે ફોટોડિટેક્ટર્સના અવાજને વધુ સારી રીતે ઘટાડી અને સુધારી શકીએ છીએ, જેનાથી સિસ્ટમના સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે.

શોટ અવાજ એ ચાર્જ કેરિયર્સની અલગ પ્રકૃતિને કારણે થતી રેન્ડમ વધઘટ છે. ખાસ કરીને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરમાં, જ્યારે ફોટોન ઇલેક્ટ્રોન ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રકાશસંવેદનશીલ ઘટકોને અથડાવે છે, ત્યારે આ ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્પાદન રેન્ડમ હોય છે અને પોઇસન વિતરણને અનુરૂપ હોય છે. શોટ અવાજની વર્ણપટીય લાક્ષણિકતાઓ સપાટ અને આવર્તન તીવ્રતાથી સ્વતંત્ર હોય છે, અને તેથી તેને સફેદ અવાજ પણ કહેવામાં આવે છે. ગાણિતિક વર્ણન: શોટ અવાજનું મૂળ સરેરાશ ચોરસ (RMS) મૂલ્ય આ રીતે વ્યક્ત કરી શકાય છે:

તેમની વચ્ચે:

e: ઇલેક્ટ્રોનિક ચાર્જ (આશરે 1.6 × 10-19 કુલોમ્બ)

ઇડાર્ક: ડાર્ક કરંટ

Δf: બેન્ડવિડ્થ

શોટ અવાજ પ્રવાહના પરિમાણના પ્રમાણસર છે અને બધી ફ્રીક્વન્સીઝ પર સ્થિર છે. સૂત્રમાં, ઇડાર્ક ફોટોડાયોડના ઘેરા પ્રવાહનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. એટલે કે, પ્રકાશની ગેરહાજરીમાં, ફોટોડાયોડમાં અનિચ્છનીય ઘેરા પ્રવાહનો અવાજ હોય ​​છે. ફોટોડિટેક્ટરના આગળના છેડે સહજ અવાજ હોવાથી, શ્યામ પ્રવાહ જેટલો મોટો હોય છે, ફોટોડિટેક્ટરનો અવાજ તેટલો વધારે હોય છે. ફોટોડાયોડના બાયસ ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજથી પણ શ્યામ પ્રવાહ પ્રભાવિત થાય છે, એટલે કે, બાયસ ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ જેટલો મોટો હોય છે, તેટલો શ્યામ પ્રવાહ વધારે હોય છે. જો કે, બાયસ વર્કિંગ વોલ્ટેજ ફોટોડિટેક્ટરના જંકશન કેપેસિટેન્સને પણ અસર કરે છે, જેનાથી ફોટોડિટેક્ટરની ગતિ અને બેન્ડવિડ્થ પ્રભાવિત થાય છે. વધુમાં, બાયસ વોલ્ટેજ જેટલો મોટો હોય છે, તેટલો ઝડપ અને બેન્ડવિડ્થ વધારે હોય છે. તેથી, ફોટોડાયોડ્સના શોટ અવાજ, શ્યામ પ્રવાહ અને બેન્ડવિડ્થ પ્રદર્શનના સંદર્ભમાં, વાસ્તવિક પ્રોજેક્ટ આવશ્યકતાઓ અનુસાર વાજબી ડિઝાઇન હાથ ધરવામાં આવવી જોઈએ.

2. 1/f ફ્લિકર અવાજ

1/f અવાજ, જેને ફ્લિકર અવાજ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે મુખ્યત્વે ઓછી-આવર્તન શ્રેણીમાં થાય છે અને તે સામગ્રી ખામીઓ અથવા સપાટીની સ્વચ્છતા જેવા પરિબળો સાથે સંબંધિત છે. તેના સ્પેક્ટ્રલ લાક્ષણિકતા આકૃતિ પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે તેની પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા ઓછી-આવર્તન શ્રેણી કરતાં ઉચ્ચ-આવર્તન શ્રેણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી છે, અને આવર્તનમાં દર 100 ગણા વધારા માટે, સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા અવાજ રેખીય રીતે 10 ગણો ઘટે છે. 1/f અવાજની પાવર સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા આવર્તનના વિપરિત પ્રમાણસર છે, એટલે કે:

તેમની વચ્ચે:

SI(f): ઘોંઘાટ શક્તિ સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા

હું: વર્તમાન

f: આવર્તન

ઓછી-આવર્તન શ્રેણીમાં 1/f અવાજ નોંધપાત્ર છે અને જેમ જેમ આવર્તન વધે છે તેમ તેમ તે નબળો પડે છે. આ લાક્ષણિકતા તેને ઓછી-આવર્તન એપ્લિકેશનોમાં દખલગીરીનો મુખ્ય સ્ત્રોત બનાવે છે. 1/f અવાજ અને વાઇડબેન્ડ અવાજ મુખ્યત્વે ફોટોડિટેક્ટરની અંદરના ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરના વોલ્ટેજ અવાજમાંથી આવે છે. ફોટોડિટેક્ટરના અવાજને અસર કરતા અવાજના ઘણા અન્ય સ્ત્રોતો છે, જેમ કે ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરનો પાવર સપ્લાય અવાજ, વર્તમાન અવાજ અને ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર સર્કિટના ગેઇનમાં પ્રતિકાર નેટવર્કનો થર્મલ અવાજ.

3. ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયરનો વોલ્ટેજ અને કરંટ અવાજ: વોલ્ટેજ અને કરંટ સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા નીચેની આકૃતિમાં બતાવવામાં આવી છે:

ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર સર્કિટમાં, વર્તમાન અવાજને ઇન-ફેઝ કરંટ અવાજ અને ઇન્વર્ટિંગ કરંટ અવાજમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. ઇન-ફેઝ કરંટ અવાજ i+ સ્રોત આંતરિક પ્રતિકાર R દ્વારા વહે છે, જે સમકક્ષ વોલ્ટેજ અવાજ ઉત્પન્ન કરે છે u1= i+*Rs. I- ઇન્વર્ટિંગ કરંટ અવાજ ગેઇન સમકક્ષ રેઝિસ્ટર R દ્વારા વહે છે જેથી સમકક્ષ વોલ્ટેજ અવાજ ઉત્પન્ન થાય છે u2= I-* R. તેથી જ્યારે પાવર સપ્લાયનો RS મોટો હોય છે, ત્યારે વર્તમાન અવાજમાંથી રૂપાંતરિત વોલ્ટેજ અવાજ પણ ખૂબ મોટો હોય છે. તેથી, વધુ સારા અવાજ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે, પાવર સપ્લાય અવાજ (આંતરિક પ્રતિકાર સહિત) પણ ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે એક મુખ્ય દિશા છે. વર્તમાન અવાજની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા પણ ફ્રીક્વન્સી ભિન્નતા સાથે બદલાતી નથી. તેથી, સર્કિટ દ્વારા વિસ્તૃત થયા પછી, તે, ફોટોોડિયોડના ઘેરા પ્રવાહની જેમ, ફોટોડિટેક્ટરના શોટ અવાજને વ્યાપકપણે બનાવે છે.

4. ઓપરેશનલ એમ્પ્લીફાયર સર્કિટના ગેઇન (એમ્પ્લીફિકેશન ફેક્ટર) માટે પ્રતિકાર નેટવર્કના થર્મલ અવાજની ગણતરી નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છે:

તેમની વચ્ચે:

k: બોલ્ટ્ઝમેન સ્થિરાંક (1.38 × 10-23J/K)

ટી: સંપૂર્ણ તાપમાન (કે)

R: પ્રતિકાર (ઓહ્મ) થર્મલ અવાજ તાપમાન અને પ્રતિકાર મૂલ્ય સાથે સંબંધિત છે, અને તેનું સ્પેક્ટ્રમ સપાટ છે. સૂત્ર પરથી જોઈ શકાય છે કે ગેઇન પ્રતિકાર મૂલ્ય જેટલું મોટું હશે, તેટલો થર્મલ અવાજ પણ વધારે હશે. બેન્ડવિડ્થ જેટલી મોટી હશે, તેટલો થર્મલ અવાજ પણ વધારે હશે. તેથી, ખાતરી કરવા માટે કે પ્રતિકાર મૂલ્ય અને બેન્ડવિડ્થ મૂલ્ય ગેઇન આવશ્યકતાઓ અને બેન્ડવિડ્થ આવશ્યકતાઓ બંનેને પૂર્ણ કરે છે, અને અંતે ઓછા અવાજ અથવા ઉચ્ચ સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોની પણ માંગ કરે છે, સિસ્ટમના આદર્શ સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયોને પ્રાપ્ત કરવા માટે વાસ્તવિક પ્રોજેક્ટ આવશ્યકતાઓના આધારે ગેઇન રેઝિસ્ટરની પસંદગીને કાળજીપૂર્વક ધ્યાનમાં લેવાની અને મૂલ્યાંકન કરવાની જરૂર છે.

સારાંશ

ફોટોડિટેક્ટર્સ અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના પ્રદર્શનને વધારવામાં અવાજ સુધારણા ટેકનોલોજી મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ઉચ્ચ ચોકસાઇ એટલે ઓછો અવાજ. જેમ જેમ ટેકનોલોજી ઉચ્ચ ચોકસાઇની માંગ કરે છે, તેમ તેમ ફોટોડિટેક્ટર્સની અવાજ, સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયો અને સમકક્ષ અવાજ શક્તિ માટેની આવશ્યકતાઓ પણ વધુને વધુ વધી રહી છે.