Suara tembakan pertama kali dikembangkan oleh fisikawan Jerman yaitu “Walter Schottky” yang berperan utama dalam perluasan teori emisi elektron & ion. Saat mengerjakan katup termionik atau tabung vakum, dia mengamati bahwa meskipun semua sumber kebisingan eksternal telah dihilangkan, dua jenis kebisingan tetap ada. Yang dia tentukan adalah hasil dari suhu yang dikenal sebagai kebisingan termal sedangkan yang lainnya adalah kebisingan tembakan. Di dalam rangkaian listrik , ada berbagai jenis sumber derau seperti johnson/ Derau termal, derau bidikan, derau 1/f, atau derau Pink/Flicker. Artikel ini membahas tentang ikhtisar a kebisingan tembakan – bekerja dengan aplikasi.

Apa itu Kebisingan Tembakan?

Jenis derau elektronik yang tercipta dari sifat diskrit muatan listrik dikenal sebagai derau tembakan. Di sirkuit elektronik, noise ini memiliki fluktuasi acak dalam arus DC karena sebenarnya arus memiliki aliran elektron. Kebisingan ini terlihat terutama di perangkat semikonduktor seperti dioda penghalang Schottky, persimpangan PN, dan persimpangan terowongan. Tidak seperti derau termal, derau ini terutama bergantung pada aliran arus dan lebih terlihat pada perangkat sambungan terowongan PN.

Kebisingan tembakan signifikan dengan arus yang sangat kecil terutama saat mengukur pada skala waktu singkat. Kebisingan ini terutama terlihat setiap kali level saat ini tidak tinggi. Jadi ini terutama disebabkan oleh aliran arus statistik.

Sirkuit Kebisingan Tembakan

Penyiapan eksperimental derau bidikan dengan sirkuit rakitan foto ditunjukkan di bawah ini. Pengaturan ini mencakup bola lampu dengan intensitas variabel & fotodioda yang dihubungkan dengan rangkaian sederhana. Pada rangkaian berikut, multimeter digunakan untuk mengukur suplai tegangan pada resistor RF yang dihubungkan secara seri dengan rangkaian foto.

Sakelar di sirkuit memilih apakah arus foto (atau) sinyal kalibrasi dapat diberikan ke seluruh rangkaian. Op-amp yang ada di sisi kanan dihubungkan secara paralel dengan resistor yang menyebabkan kotak rakitan derau tembakan memiliki penguatan sekitar sepuluh kali lipat.

Sirkuit Kebisingan Tembakan

Osiloskop digunakan untuk memasukkan sinyal noise yang dihasilkan secara digital. Generator fungsi digunakan secara seri dengan attenuator untuk menyesuaikan kurva penguatan. Di sini, kami memulai eksperimen Shot noise dengan kalibrasi rantai pengukuran yang sangat hati-hati melalui sinyal sinusoidal yang dilemahkan menggunakan generator fungsi. Penguatan dicatat (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Selama percobaan ini, kami hanya merekam tegangan RMS dari kebisingan yang diukur oleh osiloskop 20 kali untuk 8 tegangan berbeda dalam rangkaian foto cahaya VF. Setelah itu, kami memutus rangkaian foto & merekam tingkat kebisingan di latar belakang.

“contoh sistem kontrol loop tertutup ”

Di sirkuit ini, kebisingan yang diukur dapat sedikit berubah tergantung pada waktu integrasi yang digunakan oleh osiloskop, namun, ini berkisar pada urutan ketidakpastian 0,1% & kita dapat mengabaikannya, karena didominasi oleh ketidakpastian yang disebabkan oleh fluktuasi acak dalam tegangan.

Tembakan Kebisingan Formula Saat Ini

Shot noise terjadi ketika arus mengalir sepanjang a Persimpangan PN . Ada berbagai persimpangan yang ada sirkuit terintegrasi . Penyeberangan penghalang hanyalah acak & arus DC yang dihasilkan adalah jumlah dari berbagai sinyal arus elementer acak. Kebisingan ini stabil di atas semua frekuensi. Rumus arus kebisingan tembakan ditunjukkan di bawah ini.

Di = √2qIΔf

Di mana,

'q' adalah muatan elektron yang setara dengan 1,6 × 10-19 coulomb.

“pemrosesan sinyal analog vs pemrosesan sinyal digital ”

'I' adalah aliran arus di seluruh persimpangan.

'Δf' adalah bandwidth dalam Hertz.

Perbedaan B/W Shot Noise, Johnson Noise & Impulse Noise

Perbedaan antara suara tembakan, suara Johnson, dan suara impuls dibahas di bawah ini.

Tembakan Kebisingan	Kebisingan Johnson	Kebisingan Impuls
Kebisingan yang timbul karena sifat diskrit dari muatan yang dibawa melalui elektron/lubang dikenal sebagai kebisingan tembakan.	Kebisingan yang dihasilkan melalui agitasi termal pembawa muatan dikenal sebagai kebisingan Johnson.	Kebisingan yang menahan suara tajam yang cepat, sebaliknya ledakan durasi tembakan yang cepat seperti tembakan dikenal sebagai kebisingan impuls.
Kebisingan ini juga dikenal sebagai kebisingan kuantum.	Derau Johnson juga disebut derau Nyquist/ derau termal.	Kebisingan impuls juga dikenal sebagai kebisingan ledakan.
Kebisingan ini tidak bergantung pada frekuensi & suhu.	Kebisingan ini sebanding dengan suhu.	Ini tidak tergantung suhu.
Kebisingan ini terutama terjadi pada penghitungan foton dalam perangkat optik, di mana pun kebisingan ini dikaitkan dengan sifat partikel dari berkas.	Kebisingan termal terutama terjadi oleh gerakan acak elektron bebas di dalam konduktor yang dihasilkan dari agitasi termal.	Kebisingan impuls terutama terjadi melalui badai petir & transien tegangan melalui sistem sakelar elektro-mekanis.

Keuntungan dan kerugian

Itu keuntungan dari suara tembakan termasuk berikut ini.

Kebisingan tembakan pada frekuensi tinggi adalah kebisingan pembatas untuk detektor terestrial.
Kebisingan ini hanya memberikan informasi berharga tentang proses fisik dasar di luar metode eksperimental lainnya.
Karena kekuatan sinyal meningkat lebih cepat, maka proporsi relatif noise tembakan berkurang & rasio S/N meningkat.

Itu kerugian dari kebisingan tembakan termasuk berikut ini.

Kebisingan ini hanya disebabkan oleh fluktuasi jumlah foton yang terdeteksi di fotodioda.
Diperlukan modifikasi data pasca pengukuran untuk mengkompensasi hilangnya sinyal karena low-pass filter (LPF) yang terbentuk melalui tunnel junction.
Ini adalah kebisingan intensitas terbatas kuantum. Berbagai laser sangat dekat dengan noise tembakan, minimal untuk frekuensi noise tinggi.

Aplikasi

Itu aplikasi kebisingan tembakan termasuk berikut ini.

Kebisingan ini terutama terlihat pada perangkat semikonduktor seperti persimpangan PN, persimpangan terowongan, & dioda penghalang Schottky.
Ini penting dalam fisika dasar, deteksi optik, elektronik, telekomunikasi, dll.
Jenis kebisingan ini ditemui di sirkuit elektronik & RF sebagai efek dari sifat arus granular.
Kebisingan ini sangat signifikan dalam sistem berdaya sangat rendah.
Kebisingan ini berkorelasi dengan sifat muatan terkuantisasi & injeksi pembawa individu di seluruh persimpangan pn.
Kebisingan ini hanya dibedakan dari fluktuasi arus dalam kesetimbangan yang terjadi tanpa tegangan yang diterapkan & tanpa aliran arus normal.
Shot noise adalah fluktuasi yang bergantung pada waktu dalam arus listrik yang disebabkan oleh perbedaan muatan elektron.

Q). Mengapa Shot Noise Disebut White Noise?

A). Derau ini sering disebut derau putih karena memiliki kerapatan spektral yang konsisten. Contoh utama White noise adalah Shot noise & Thermal noise.

Q). Apa Faktor Kebisingan dalam Komunikasi?

Ini adalah ukuran degradasi rasio S/N dalam suatu perangkat. Jadi, ini adalah rasio Rasio S/N pada i/p terhadap rasio S/N pada output.

Q). Apa itu Shot Noise di Photodetector?

“waktu tunda mati tunda ”

A). Kebisingan tembakan dalam photodetector dalam deteksi homodyne optik dikaitkan dengan fluktuasi titik nol dari medan elektromagnetik terkuantisasi, atau dengan sifat terpisah dari prosedur penyerapan foton.

Q). Bagaimana Shot Noise Diukur?

A). Noise ini diukur dengan menggunakan shot noise seperti ini = 10 log(2hν/P) dalam dBc/Hz). 'c' dalam dBc relatif terhadap sinyal, jadi kami mengalikan melalui kekuatan sinyal 'P' untuk mendapatkan kekuatan noise tembakan dalam dBm/Hz.

Q). Bagaimana Anda mengurangi Shot Noise?

Kebisingan ini dapat dikurangi dengan

Meningkatkan kekuatan sinyal: Meningkatkan jumlah arus dalam sistem akan mengurangi kontribusi relatif noise tembakan.
Merata-ratakan sinyal: Merata-ratakan beberapa pengukuran dari sinyal yang sama akan mengurangi noise bidikan, karena noise akan dirata-ratakan seiring waktu.
Menerapkan filter derau: Filter seperti filter low-pass dapat digunakan untuk menghilangkan komponen derau frekuensi tinggi dari sinyal.
Mengurangi suhu: Menaikkan suhu sistem akan meningkatkan jumlah derau termal, membuat derau bidikan menjadi relatif kurang signifikan.
Memilih detektor yang tepat: Menggunakan detektor dengan area aktif yang lebih besar atau efisiensi pengumpulan elektron yang lebih tinggi dapat mengurangi dampak noise tembakan.

Jadi, ini ikhtisar kebisingan tembakan dan aplikasinya. Biasanya, kebisingan ini terjadi setiap kali ada perbedaan tegangan atau penghalang potensial. Setelah pembawa muatan seperti lubang dan elektron melewati penghalang, maka kebisingan ini dapat dihasilkan. Misalnya, transistor, dioda & tabung vakum semuanya akan menghasilkan suara tembakan. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu kebisingan?