Das Schrotrauschen wurde zuerst von dem deutschen Physiker „Walter Schottky“ entwickelt, der eine Hauptrolle bei der Erweiterung der Elektronen- und Ionenemissionstheorie spielte. Während er an thermionischen Ventilen oder Vakuumröhren arbeitete, beobachtete er, dass selbst dann, wenn alle externen Geräuschquellen entfernt worden waren, zwei Arten von Geräuschen zurückblieben. Eines, das er feststellte, war ein Ergebnis der Temperatur, das als thermisches Rauschen bekannt ist, während das andere Schrotrauschen ist. In Stromkreise , gibt es verschiedene Arten von Rauschquellen wie Johnson/Thermal Noise, Shot Noise, 1/f Noise oder Pink/Flicker Noise. Dieser Artikel beschreibt einen Überblick über a Schuss Lärm – Arbeiten mit Anwendungen.

Was ist Schussrauschen?

Eine Art von elektronischem Rauschen, das durch die diskrete Natur elektrischer Ladung entsteht, ist als Schrotrauschen bekannt. In elektronischen Schaltungen weist dieses Rauschen zufällige Schwankungen eines Gleichstroms auf, da Strom tatsächlich einen Elektronenfluss aufweist. Dieses Geräusch macht sich vor allem in bemerkbar Halbleiterbauelemente wie Schottky-Dioden, PN-Übergänge und Tunnelübergänge. Im Gegensatz zu thermischem Rauschen hängt dieses Rauschen hauptsächlich vom Stromfluss ab und ist bei PN-Tunnelübergangsvorrichtungen deutlicher.

Schrotrauschen ist bei extrem kleinen Strömen signifikant, hauptsächlich wenn auf kurzen Zeitskalen gemessen wird. Dieses Rauschen macht sich besonders bemerkbar, wenn die Strompegel nicht hoch sind. Das liegt also hauptsächlich am statistischen Stromfluss.

Schrotrauschschaltung

Der experimentelle Aufbau des Schrotrauschens mit einer Fotomontageschaltung ist unten gezeigt. Dieses Setup umfasst eine Glühbirne mit variabler Intensität und Fotodiode die zu einem einfachen Stromkreis verbunden sind. In der folgenden Schaltung wird mit dem Multimeter die Spannungsversorgung an einem HF-Widerstand gemessen, der in Reihe zur Fotoschaltung geschaltet ist.

Ein Schalter in der Schaltung wählt aus, ob der Fotostrom (oder) das Kalibrierungssignal an den Rest der Schaltung gegeben werden kann. Der Operationsverstärker auf der rechten Seite ist parallel zum Widerstand geschaltet, wodurch die Schrotgeräusch-Montagebox eine etwa zehnfache Verstärkung hat.

Schrotrauschschaltung

Das resultierende Rauschsignal wird mit dem Oszilloskop digital aufgenommen. Ein Funktionsgenerator wird in Reihe mit einem Dämpfungsglied verwendet, um die Verstärkungskurve einzustellen. Hier begannen wir das Schrotrauschexperiment mit einer sehr sorgfältigen Kalibrierung der Messkette durch ein gedämpftes Sinussignal mit einem Funktionsgenerator. Die Verstärkung wird aufgezeichnet (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Während dieses Experiments haben wir einfach die RMS-Spannung des Rauschens aufgezeichnet, die vom Oszilloskop 20 Mal für 8 verschiedene Spannungen innerhalb der Lichtfotoschaltung VF gemessen wird. Danach haben wir den Fotoschaltkreis unterbrochen und den Geräuschpegel im Hintergrund aufgezeichnet.

In dieser Schaltung kann das gemessene Rauschen je nach der vom Oszilloskop verwendeten Integrationszeit leicht verändert werden, dies liegt jedoch in der Größenordnung von 0,1 % Unsicherheit und wir können es ignorieren, da es von der verursachten Unsicherheit dominiert wird zufällige Schwankungen innerhalb der Spannung.

Schrotrauschstromformel

Schrotrauschen tritt auf, wenn Strom durch a fließt PN-Übergang . Es sind verschiedene Kreuzungen vorhanden integrierte Schaltkreise . Das Überqueren von Barrieren ist einfach zufällig und der erzeugte Gleichstrom ist die Summe verschiedener zufälliger elementarer Stromsignale. Dieses Rauschen ist über allen Frequenzen stabil. Die Schrotrauschstromformel ist unten dargestellt.

“Was ist eine gemeinsame Gateway-Schnittstelle? ”

In = √2qIΔf

Wo,

„q“ ist die Ladung eines Elektrons, die 1,6 × 10-19 Coulomb entspricht.

„I“ ist der Stromfluss durch den Übergang.

„Δf“ ist die Bandbreite in Hertz.

Unterschied S/W Schrotrauschen, Johnsonrauschen & Impulsrauschen

Der Unterschied zwischen Schrotrauschen, Johnson-Rauschen und Impulsrauschen wird unten diskutiert.

Schuss Lärm	Johnson-Rauschen	Impulsrauschen
Das Rauschen, das aufgrund der diskreten Natur der durch Elektronen/Löcher getragenen Ladungen entsteht, ist als Schrotrauschen bekannt.	Das Rauschen, das durch die thermische Bewegung der Ladungsträger entsteht, wird als Johnson-Rauschen bezeichnet.	Das Geräusch, das einen schnellen scharfen Ton oder einen schnellen Knall von Schussdauer wie einen Schuss enthält, wird als Impulsgeräusch bezeichnet.
Dieses Rauschen wird auch als Quantenrauschen bezeichnet.	Johnson-Rauschen wird auch als Nyquist-Rauschen/thermisches Rauschen bezeichnet.	Impulsrauschen wird auch als Burst-Rauschen bezeichnet.
Dieses Rauschen ist frequenz- und temperaturunabhängig.	Dieses Rauschen ist proportional zur Temperatur.	Dies ist nicht temperaturabhängig.
Dieses Rauschen tritt hauptsächlich bei der Photonenzählung in optischen Geräten auf, wo immer dieses Rauschen mit der Partikelnatur des Strahls zusammenhängt.	Thermisches Rauschen tritt hauptsächlich durch die zufällige Bewegung der freien Elektronen innerhalb eines Leiters auf, die aus thermischer Bewegung resultiert.	Impulsrauschen tritt hauptsächlich durch Gewitter und Spannungstransienten durch elektromechanische Schaltsysteme auf.

Vorteile und Nachteile

Der Vorteile des Schrotrauschens das Folgende einschließen.

Das Schrotrauschen bei hohen Frequenzen ist das Grenzrauschen für terrestrische Detektoren.
Dieses Rauschen liefert einfach wertvolle Informationen über grundlegende physikalische Prozesse, die über andere experimentelle Methoden hinausgehen.
Da die Signalstärke schneller ansteigt, verringert sich der relative Anteil des Schrotrauschens & das S/N-Verhältnis steigt.

Der Nachteile von Schussgeräuschen das Folgende einschließen.

Dieses Rauschen wird einfach durch die Schwankungen innerhalb der Anzahl detektierter Photonen an der Photodiode verursacht.
Es ist eine Datenmodifikation nach der Messung erforderlich, um den Signalverlust aufgrund des durch den Tunnelübergang gebildeten Tiefpassfilters (LPF) zu kompensieren.
Dies ist quantenbegrenztes Intensitätsrauschen. Verschiedene Laser sind sehr nah am Schrotrauschen, zumindest für hochrauschende Frequenzen.

Anwendungen

Der Anwendungen des Schrotrauschens das Folgende einschließen.

Dieses Rauschen ist hauptsächlich in Halbleiterbauelementen wie PN-Übergängen, Tunnelübergängen und Schottky-Dioden sichtbar.
Es ist in der Grundlagenphysik, optischen Erkennung, Elektronik, Telekommunikation usw. von Bedeutung.
Diese Art von Rauschen tritt in elektronischen und HF-Schaltungen als Effekt der körnigen Stromnatur auf.
Dieses Rauschen ist in einem System mit sehr geringer Leistung von großer Bedeutung.
Dieses Rauschen korreliert mit der quantisierten Ladungsnatur und der individuellen Trägerinjektion im gesamten pn-Übergang.
Dieses Rauschen unterscheidet sich einfach von Stromschwankungen im Gleichgewicht, die ohne angelegte Spannung und ohne normalen Stromfluss auftreten.
Schrotrauschen sind die zeitabhängigen Schwankungen innerhalb des elektrischen Stroms, die durch die Diskretheit der Elektronenladung verursacht werden.

Q). Warum wird Schrotrauschen als weißes Rauschen bezeichnet?

A). Dieses Rauschen wird häufig als weißes Rauschen bezeichnet, da es eine konsistente spektrale Dichte aufweist. Die wichtigsten Beispiele für weißes Rauschen sind Schrotrauschen und thermisches Rauschen.

Q). Was ist der Rauschfaktor in der Kommunikation?

Es ist das Maß für die Verschlechterung des S/N-Verhältnisses innerhalb eines Geräts. Es ist also das Verhältnis des S/N-Verhältnisses am i/p zum S/N-Verhältnis am Ausgang.

Q). Was ist Schrotrauschen im Fotodetektor?

A). Das Schrotrauschen innerhalb des Fotodetektors bei der Detektion von optischem Homodyn wird entweder den Nullpunktschwankungen des quantisierten elektromagnetischen Felds oder der getrennten Natur des Photonenabsorptionsverfahrens zugeschrieben.

Q). Wie wird Schrotrauschen gemessen?

A). Dieses Rauschen wird wie folgt gemessen: Schrotrauschen = 10 log(2hν/P) in dBc/Hz). Das „c“ innerhalb von dBc ist relativ zum Signal, also multiplizieren wir mit der Signalleistung „P“, um die Schrotrauschleistung innerhalb von dBm/Hz zu erhalten.

Q). Wie reduziert man Schrotrauschen?

Dieses Rauschen kann durch reduziert werden

Erhöhen der Signalstärke: Durch Erhöhen der Strommenge im System wird der relative Beitrag des Schrotrauschens verringert.
Mittelung des Signals: Durch Mittelung mehrerer Messungen desselben Signals wird das Schrotrauschen reduziert, da das Rauschen über die Zeit gemittelt wird.
Implementieren von Rauschfiltern: Filter wie Tiefpassfilter können verwendet werden, um hochfrequente Rauschkomponenten aus dem Signal zu entfernen.
Reduzieren der Temperatur: Das Erhöhen der Temperatur des Systems erhöht die Menge des thermischen Rauschens, wodurch das Schrotrauschen relativ weniger signifikant wird.
Auswahl des richtigen Detektors: Die Verwendung eines Detektors mit einer größeren aktiven Fläche oder einer höheren Elektronensammeleffizienz kann die Auswirkungen von Schrotrauschen reduzieren.

Das ist also eine Übersicht über Schussgeräusche und seine Anwendungen. Normalerweise tritt dieses Rauschen immer dann auf, wenn eine Spannungsdifferenz oder eine Potentialbarriere vorhanden ist. Sobald die Ladungsträger wie Löcher und Elektronen die Barriere überqueren, kann dieses Rauschen erzeugt werden. Beispielsweise erzeugen ein Transistor, eine Diode und eine Vakuumröhre Schrotrauschen. Hier ist eine Frage an Sie, was ist Lärm?