షాట్ నాయిస్ : సర్క్యూట్, వర్కింగ్, Vs జాన్సన్ నాయిస్ మరియు ఇంపల్స్ నాయిస్ & దాని అప్లికేషన్స్

ఎలక్ట్రాన్ & అయాన్ ఉద్గార సిద్ధాంతం యొక్క విస్తరణలో ప్రధాన పాత్ర పోషించిన 'వాల్టర్ షాట్కీ' అనే జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త ద్వారా షాట్ నాయిస్ మొదట అభివృద్ధి చేయబడింది. థర్మియోనిక్ కవాటాలు లేదా వాక్యూమ్ ట్యూబ్‌లపై పని చేస్తున్నప్పుడు, అన్ని బాహ్య శబ్ద మూలాలను తొలగించినప్పటికీ రెండు రకాల శబ్దాలు మిగిలి ఉన్నాయని అతను గమనించాడు. అతను నిర్ణయించినది ఉష్ణోగ్రత యొక్క ఫలితం, దీనిని థర్మల్ నాయిస్ అని పిలుస్తారు, మిగిలినది షాట్ నాయిస్. లో విద్యుత్ వలయాలు , జాన్సన్/థర్మల్ నాయిస్, షాట్ నాయిస్, 1/ఎఫ్ నాయిస్, లేదా పింక్/ఫ్లిక్కర్ నాయిస్ వంటి వివిధ రకాల నాయిస్ సోర్స్‌లు ఉన్నాయి. ఈ వ్యాసం a యొక్క అవలోకనాన్ని చర్చిస్తుంది షాట్ శబ్దం - అప్లికేషన్లతో పని చేయడం.

షాట్ నాయిస్ అంటే ఏమిటి?

విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క వివిక్త స్వభావం నుండి సృష్టించబడిన ఒక రకమైన ఎలక్ట్రానిక్ శబ్దాన్ని షాట్ నాయిస్ అంటారు. ఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్‌లలో, ఈ శబ్దం DC కరెంట్‌లో యాదృచ్ఛిక హెచ్చుతగ్గులను కలిగి ఉంటుంది ఎందుకంటే వాస్తవానికి కరెంట్ ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ శబ్దం ప్రధానంగా గమనించవచ్చు సెమీకండక్టర్ పరికరాలు షాట్కీ బారియర్ డయోడ్‌లు, PN జంక్షన్‌లు మరియు టన్నెల్ జంక్షన్‌ల వంటివి. థర్మల్ శబ్దం వలె కాకుండా, ఈ శబ్దం ప్రధానంగా కరెంట్ ప్రవాహంపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు ఇది PN టన్నెలింగ్ జంక్షన్ పరికరాలలో మరింత స్పష్టంగా కనిపిస్తుంది.

షాట్ నాయిస్ చాలా చిన్న ప్రవాహాలతో ముఖ్యమైనది, ప్రధానంగా తక్కువ సమయ ప్రమాణాలపై కొలిచేటప్పుడు. ప్రస్తుత స్థాయిలు ఎక్కువగా లేనప్పుడు ఈ శబ్దం ప్రత్యేకంగా గమనించవచ్చు. కాబట్టి ఇది ప్రధానంగా గణాంక ప్రస్తుత ప్రవాహం కారణంగా ఉంటుంది.

షాట్ నాయిస్ సర్క్యూట్

ఫోటో అసెంబ్లీ సర్క్యూట్‌తో షాట్ నాయిస్ ప్రయోగాత్మక సెటప్ క్రింద చూపబడింది. ఈ సెటప్‌లో వేరియబుల్-ఇంటెన్సిటీ లైట్ బల్బ్ & ఫోటోడియోడ్ ఇవి సాధారణ సర్క్యూట్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. కింది సర్క్యూట్‌లో, ఫోటో సర్క్యూట్‌తో సిరీస్‌లో కనెక్ట్ చేయబడిన RF రెసిస్టర్‌లో వోల్టేజ్ సరఫరాను కొలవడానికి మల్టీమీటర్ ఉపయోగించబడుతుంది.

సర్క్యూట్‌లోని ఒక స్విచ్ ఫోటోకరెంట్ (లేదా) మిగిలిన సర్క్యూట్‌కు కాలిబ్రేషన్ సిగ్నల్ ఇవ్వవచ్చో లేదో ఎంచుకుంటుంది. కుడి వైపున ఉన్న op-amp రెసిస్టర్‌తో సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడింది, దీని వలన షాట్ నాయిస్ అసెంబ్లీ బాక్స్ దాదాపు పదిరెట్లు లాభం పొందుతుంది.

ఫలితంగా వచ్చే శబ్దం సిగ్నల్‌ను డిజిటల్‌గా చేర్చడానికి ఓసిల్లోస్కోప్ ఉపయోగించబడుతుంది. లాభం వక్రతను సర్దుబాటు చేయడానికి అటెన్యూయేటర్‌తో సిరీస్‌లో ఫంక్షన్ జనరేటర్ ఉపయోగించబడుతుంది. ఇక్కడ, మేము ఫంక్షన్ జనరేటర్‌ని ఉపయోగించి అటెన్యూయేటెడ్ సైనూసోయిడల్ సిగ్నల్ ద్వారా కొలత గొలుసును చాలా జాగ్రత్తగా క్రమాంకనం చేయడంతో షాట్ నాయిస్ ప్రయోగాన్ని ప్రారంభించాము. లాభం నమోదు చేయబడింది (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

ఈ ప్రయోగం సమయంలో, లైట్ ఫోటో సర్క్యూట్ VFలోని 8 వేర్వేరు వోల్టేజ్‌ల కోసం ఓసిల్లోస్కోప్ ద్వారా 20 సార్లు కొలవబడే శబ్దం యొక్క RMS వోల్టేజ్‌ను మేము రికార్డ్ చేసాము. ఆ తర్వాత, మేము ఫోటో సర్క్యూట్‌ను బ్రేక్ చేసి, నేపథ్యంలో శబ్దం స్థాయిని రికార్డ్ చేసాము.

ఈ సర్క్యూట్‌లో, ఓసిల్లోస్కోప్ ఉపయోగించే ఇంటిగ్రేషన్ సమయాన్ని బట్టి కొలవబడే శబ్దాన్ని కొద్దిగా మార్చవచ్చు, అయినప్పటికీ, ఇది 0.1% అనిశ్చితి క్రమంలో ఉంటుంది & మేము దానిని విస్మరించవచ్చు, ఎందుకంటే ఇది ఏర్పడే అనిశ్చితి ద్వారా ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది. వోల్టేజ్ లోపల యాదృచ్ఛిక హెచ్చుతగ్గులు.

షాట్ నాయిస్ కరెంట్ ఫార్ములా

కరెంట్ ప్రవాహం అంతటా ఉన్నప్పుడు షాట్ శబ్దం ఏర్పడుతుంది a PN జంక్షన్ . వివిధ జంక్షన్లు ఉన్నాయి ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు . బారియర్ క్రాసింగ్ అనేది యాదృచ్ఛికం & ఉత్పత్తి చేయబడిన DC కరెంట్ అనేది వివిధ యాదృచ్ఛిక ప్రాథమిక కరెంట్ సిగ్నల్‌ల మొత్తం. ఈ శబ్దం అన్ని ఫ్రీక్వెన్సీల కంటే స్థిరంగా ఉంటుంది. షాట్ నాయిస్ కరెంట్ ఫార్ములా క్రింద చూపబడింది.

లో = √2qIΔf

ఎక్కడ,

'q' అనేది ఎలక్ట్రాన్‌పై ఛార్జ్, ఇది 1.6 × 10-19 కూలంబ్‌లకు సమానం.

‘నేను’ అంటే జంక్షన్ అంతటా కరెంట్ ప్రవాహం.

'Δf' అనేది హెర్ట్జ్‌లోని బ్యాండ్‌విడ్త్.

తేడా B/W షాట్ నాయిస్, జాన్సన్ నాయిస్ & ఇంపల్స్ నాయిస్

షాట్ నాయిస్, జాన్సన్ నాయిస్ మరియు ఇంపల్స్ నాయిస్ మధ్య వ్యత్యాసం క్రింద చర్చించబడింది.

ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలు

ది షాట్ నాయిస్ యొక్క ప్రయోజనాలు కింది వాటిని చేర్చండి.

• అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద షాట్ నాయిస్ అనేది టెరెస్ట్రియల్ డిటెక్టర్లకు పరిమితం చేసే శబ్దం.
• ఈ శబ్దం ఇతర ప్రయోగాత్మక పద్ధతులకు మించి ప్రాథమిక భౌతిక ప్రక్రియలపై విలువైన సమాచారాన్ని అందిస్తుంది.
• సిగ్నల్ బలం మరింత త్వరగా పెరుగుతుంది కాబట్టి, షాట్ నాయిస్ యొక్క సాపేక్ష నిష్పత్తి తగ్గుతుంది & S/N నిష్పత్తి పెరుగుతుంది.

ది షాట్ నాయిస్ యొక్క ప్రతికూలతలు కింది వాటిని చేర్చండి.

• ఈ శబ్దం కేవలం ఫోటోడియోడ్ వద్ద గుర్తించబడిన ఫోటాన్‌ల సంఖ్యలో హెచ్చుతగ్గుల వల్ల ఏర్పడుతుంది.
• టన్నెల్ జంక్షన్ ద్వారా ఏర్పడిన తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్ (LPF) కారణంగా సిగ్నల్ నష్టాన్ని భర్తీ చేయడానికి దీనికి పోస్ట్-మెజర్మెంట్ డేటా సవరణ అవసరం.
• ఇది క్వాంటం-పరిమిత తీవ్రత శబ్దం. వివిధ లేజర్‌లు షాట్ నాయిస్‌కు చాలా దగ్గరగా ఉంటాయి, అధిక-శబ్దం పౌనఃపున్యాల కోసం కనిష్టంగా ఉంటాయి.

అప్లికేషన్లు

ది షాట్ నాయిస్ యొక్క అప్లికేషన్లు కింది వాటిని చేర్చండి.

• ఈ శబ్దం ప్రధానంగా PN జంక్షన్‌లు, టన్నెల్ జంక్షన్‌లు & షాట్కీ బారియర్ డయోడ్‌ల వంటి సెమీకండక్టర్ పరికరాలలో కనిపిస్తుంది.
• ఇది ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్రం, ఆప్టికల్ డిటెక్షన్, ఎలక్ట్రానిక్స్, టెలికమ్యూనికేషన్స్ మొదలైన వాటిలో ముఖ్యమైనది.
• గ్రాన్యులర్ కరెంట్ స్వభావం యొక్క ప్రభావంగా ఎలక్ట్రానిక్ & RF సర్క్యూట్‌లలో ఈ రకమైన శబ్దం ఎదురవుతుంది.
• ఈ శబ్దం చాలా తక్కువ-శక్తి వ్యవస్థలో చాలా ముఖ్యమైనది.
• ఈ శబ్దం pn-జంక్షన్ అంతటా పరిమాణాత్మక ఛార్జ్ స్వభావం & వ్యక్తిగత క్యారియర్ ఇంజెక్షన్‌తో పరస్పర సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
• ఈ శబ్దం సమతౌల్యంలో కరెంట్ యొక్క హెచ్చుతగ్గుల నుండి వేరు చేయబడుతుంది, ఇది ఎటువంటి వోల్టేజ్ వర్తించకుండా & కరెంట్ యొక్క సాధారణ ప్రవాహం లేకుండా సంభవిస్తుంది.
• షాట్ నాయిస్ అనేది ఎలక్ట్రాన్ ఛార్జ్ యొక్క విచక్షణ కారణంగా ఏర్పడే విద్యుత్ ప్రవాహంలో సమయ-ఆధారిత హెచ్చుతగ్గులు.

ప్ర). షాట్ నాయిస్‌ని వైట్ నాయిస్ అని ఎందుకు అంటారు?

ఎ) ఈ శబ్దం స్థిరమైన వర్ణపట సాంద్రతను కలిగి ఉన్నందున దీనిని తరచుగా తెలుపు శబ్దం అని పిలుస్తారు. వైట్ నాయిస్ యొక్క ప్రధాన ఉదాహరణలు షాట్ నాయిస్ & థర్మల్ నాయిస్.

ప్ర). కమ్యూనికేషన్‌లో నాయిస్ ఫ్యాక్టర్ అంటే ఏమిటి?

ఇది పరికరంలో S/N నిష్పత్తి క్షీణత యొక్క కొలత. కాబట్టి, ఇది i/p వద్ద S/N నిష్పత్తికి అవుట్‌పుట్ వద్ద S/N నిష్పత్తికి నిష్పత్తి.

ప్ర). ఫోటోడెటెక్టర్‌లో షాట్ నాయిస్ అంటే ఏమిటి?

ఎ) ఆప్టికల్ హోమోడైన్‌ను గుర్తించడంలో ఫోటోడెటెక్టర్‌లోని షాట్ శబ్దం పరిమాణీకరించబడిన విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క సున్నా పాయింట్ హెచ్చుతగ్గులకు లేదా ఫోటాన్ శోషణ ప్రక్రియ యొక్క ప్రత్యేక స్వభావానికి ఆపాదించబడుతుంది.

ప్ర). షాట్ నాయిస్ ఎలా కొలుస్తారు?

ఎ) ఈ శబ్దం షాట్ నాయిస్ = 10 లాగ్ (2hν/P) dBc/Hzలో ఉపయోగించడం ద్వారా కొలుస్తారు. dBcలోని 'c' అనేది సిగ్నల్‌కి సంబంధించి ఉంటుంది, కాబట్టి మనం dBm/Hz లోపల షాట్ నాయిస్ పవర్‌ని పొందడానికి సిగ్నల్ పవర్ 'P' ద్వారా గుణిస్తాము.

ప్ర). మీరు షాట్ నాయిస్‌ని ఎలా తగ్గించాలి?

ద్వారా ఈ శబ్దాన్ని తగ్గించవచ్చు

1. సిగ్నల్ బలాన్ని పెంచడం: సిస్టమ్‌లో కరెంట్ మొత్తాన్ని పెంచడం వల్ల షాట్ నాయిస్ యొక్క సాపేక్ష సహకారం తగ్గుతుంది.
2. సిగ్నల్ సగటు: ఒకే సిగ్నల్ యొక్క బహుళ కొలతల సగటు షాట్ శబ్దాన్ని తగ్గిస్తుంది, ఎందుకంటే శబ్దం కాలక్రమేణా సగటున ఉంటుంది.
3. నాయిస్ ఫిల్టర్‌లను అమలు చేయడం: సిగ్నల్ నుండి అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ నాయిస్ భాగాలను తొలగించడానికి తక్కువ-పాస్ ఫిల్టర్‌ల వంటి ఫిల్టర్‌లను ఉపయోగించవచ్చు.
4. ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడం: సిస్టమ్ యొక్క ఉష్ణోగ్రతను పెంచడం వలన థర్మల్ శబ్దం మొత్తం పెరుగుతుంది, షాట్ శబ్దం సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది.
5. సరైన డిటెక్టర్‌ను ఎంచుకోవడం: పెద్ద యాక్టివ్ ఏరియా లేదా అధిక ఎలక్ట్రాన్ సేకరణ సామర్థ్యంతో డిటెక్టర్‌ని ఉపయోగించడం షాట్ నాయిస్ ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది.

అందువలన, ఇది షాట్ నాయిస్ యొక్క అవలోకనం మరియు దాని అప్లికేషన్లు. సాధారణంగా, వోల్టేజ్ అవకలన లేదా సంభావ్య అవరోధం ఉన్నప్పుడు ఈ శబ్దం జరుగుతుంది. రంధ్రాలు మరియు ఎలక్ట్రాన్ల వంటి చార్జ్ క్యారియర్లు అడ్డంకిని దాటిన తర్వాత, ఈ శబ్దం ఉత్పత్తి అవుతుంది. ఉదాహరణకు, ట్రాన్సిస్టర్, డయోడ్ & వాక్యూమ్ ట్యూబ్ అన్నీ షాట్ నాయిస్‌ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, శబ్దం అంటే ఏమిటి?