Hoe om die geraas van fotodetektors te verminder

Hoe om die geraas van fotodetektors te verminder

Die geraas van fotodetektors sluit hoofsaaklik in: stroomgeraas, termiese geraas, skootgeraas, 1/f-geraas en wyebandgeraas, ens. Hierdie klassifikasie is slegs 'n relatiewe rowwe een. Hierdie keer sal ons meer gedetailleerde geraaskenmerke en -klassifikasies bekendstel om almal te help om die impak van verskillende tipes geraas op die uitsetseine van fotodetektors beter te verstaan. Slegs deur die bronne van geraas te verstaan, kan ons die geraas van fotodetektors beter verminder en verbeter, en sodoende die sein-tot-geraasverhouding van die stelsel optimaliseer.

Skotgeraas is 'n ewekansige skommeling wat veroorsaak word deur die diskrete aard van ladingsdraers. Veral in die fotoëlektriese effek, wanneer fotone fotosensitiewe komponente tref om elektrone te genereer, is die opwekking van hierdie elektrone ewekansig en stem dit ooreen met die Poisson-verdeling. Die spektrale eienskappe van skotgeraas is plat en onafhanklik van die frekwensiegrootte, en daarom word dit ook witgeraas genoem. Wiskundige beskrywing: Die wortelgemiddelde kwadraat (RMS) waarde van skotgeraas kan uitgedruk word as:

Onder hulle:

e: Elektroniese lading (ongeveer 1.6 × 10⁻¹ coulomb)

Idark: Donkerstroom

Δf: Bandwydte

Skotgeraas is eweredig aan die grootte van die stroom en is stabiel by alle frekwensies. In die formule verteenwoordig Idark die donkerstroom van die fotodiode. Dit wil sê, in die afwesigheid van lig het die fotodiode ongewenste donkerstroomgeraas. As die inherente geraas aan die heel voorpunt van die fotodetektor, hoe groter die donkerstroom, hoe groter die geraas van die fotodetektor. Donkerstroom word ook beïnvloed deur die voorspanningspanning van die fotodiode, dit wil sê, hoe groter die voorspanningspanning, hoe groter die donkerstroom. Die voorspanningswerkspanning beïnvloed egter ook die aansluitingskapasitansie van die fotodetektor, wat sodoende die spoed en bandwydte van die fotodetektor beïnvloed. Verder, hoe groter die voorspanning, hoe groter die spoed en bandwydte. Daarom, in terme van die skotgeraas, donkerstroom en bandwydteprestasie van fotodiodes, moet redelike ontwerp uitgevoer word volgens die werklike projekvereistes.

2. 1/f Flikkergeraas

1/f-geraas, ook bekend as flikkergeraas, kom hoofsaaklik in die lae-frekwensiegebied voor en hou verband met faktore soos materiaaldefekte of oppervlakskoonheid. Uit die spektrale kenmerkdiagram kan gesien word dat die drywingsspektrale digtheid aansienlik kleiner is in die hoë-frekwensiegebied as in die lae-frekwensiegebied, en vir elke 100-voudige toename in frekwensie neem die spektrale digtheidsgeraas lineêr met 10 keer af. Die drywingsspektrale digtheid van 1/f-geraas is omgekeerd eweredig aan die frekwensie, dit wil sê:

Onder hulle:

SI(f) : Geraaskragspektrale digtheid

Ek: Huidige

f: Frekwensie

1/f-geraas is beduidend in die lae-frekwensiegebied en verswak soos die frekwensie toeneem. Hierdie eienskap maak dit 'n belangrike bron van interferensie in lae-frekwensie toepassings. 1/f-geraas en wyebandgeraas kom hoofsaaklik van die spanningsgeraas van die operasionele versterker binne die fotodetektor. Daar is baie ander bronne van geraas wat die geraas van fotodetektors beïnvloed, soos die kragtoevoergeraas van operasionele versterkers, stroomgeraas en die termiese geraas van die weerstandsnetwerk in die versterking van operasionele versterkerkringe.

3. Spannings- en stroomruis van die operasionele versterker: Die spannings- en stroomspektrale digthede word in die volgende figuur getoon:

In operasionele versterkerkringe word stroomgeraas verdeel in in-fase stroomgeraas en inverterende stroomgeraas. Die in-fase stroomgeraas i+ vloei deur die bron se interne weerstand Rs, wat 'n ekwivalente spanningsgeraas u1= i+*Rs genereer. I- Inverterende stroomgeraas vloei deur die versterkingsekwivalente weerstand R om ekwivalente spanningsgeraas u2= I-* R te genereer. Dus, wanneer die RS van die kragtoevoer groot is, is die spanningsgeraas wat van stroomgeraas omgeskakel word, ook baie groot. Daarom, om te optimaliseer vir beter geraas, is die kragtoevoergeraas (insluitend interne weerstand) ook 'n sleutelrigting vir optimalisering. Die spektrale digtheid van stroomgeraas verander ook nie met frekwensievariasies nie. Daarom, nadat dit deur die kring versterk is, vorm dit, soos die donkerstroom van die fotodiode, omvattend die skootgeraas van die fotodetektor.

4. Die termiese geraas van die weerstandsnetwerk vir die wins (versterkingsfaktor) van die operasionele versterkerkring kan bereken word met behulp van die volgende formule:

Onder hulle:

k: Boltzmann-konstante (1.38 × 10⁻²⁶J/K)

T: Absolute Temperatuur (K)

R: Weerstand (ohm) termiese geraas hou verband met temperatuur en weerstandswaarde, en die spektrum daarvan is plat. Dit kan uit die formule gesien word dat hoe groter die versterkingsweerstandswaarde, hoe groter die termiese geraas. Hoe groter die bandwydte, hoe groter sal die termiese geraas ook wees. Om te verseker dat die weerstandswaarde en bandwydtewaarde aan beide die versterkingsvereistes en die bandwydtevereistes voldoen, en uiteindelik ook lae geraas of hoë sein-tot-geraasverhouding vereis, moet die keuse van versterkingsweerstande noukeurig oorweeg en geëvalueer word op grond van die werklike projekvereistes om die ideale sein-tot-geraasverhouding van die stelsel te bereik.

Opsomming

Geraasverbeteringstegnologie speel 'n belangrike rol in die verbetering van die werkverrigting van fotodetektors en elektroniese toestelle. Hoë presisie beteken lae geraas. Namate tegnologie hoër presisie vereis, word die vereistes vir geraas, sein-tot-geraasverhouding en ekwivalente geraasvermoë van fotodetektors ook al hoe hoër.