Het schotgeluid werd voor het eerst ontwikkeld door de Duitse natuurkundige, namelijk 'Walter Schottky', die een hoofdrol speelde in de uitbreiding van de elektronen- en ionenemissietheorie. Terwijl hij aan thermionische kleppen of vacuümbuizen werkte, merkte hij op dat zelfs wanneer alle externe geluidsbronnen waren verwijderd, er twee soorten geluid overbleven. De ene die hij vaststelde, was een uitkomst van de temperatuur die bekend staat als thermische ruis, terwijl de andere schotruis is. In elektrische circuits , zijn er verschillende soorten ruisbronnen, zoals johnson/thermische ruis, schotruis, 1/f-ruis of roze/flikkerende ruis. Dit artikel bespreekt een overzicht van een schot geluid – werken met applicaties.

Wat is schotgeluid?

Een soort elektronische ruis die wordt gecreëerd door de discrete aard van elektrische lading, staat bekend als schotruis. In elektronische schakelingen heeft deze ruis willekeurige fluctuaties in een gelijkstroom omdat stroom eigenlijk een stroom van elektronen heeft. Dit geluid is vooral hoorbaar in halfgeleider apparaten zoals Schottky-barrièrediodes, PN-overgangen en tunnelovergangen. In tegenstelling tot thermische ruis, hangt deze ruis voornamelijk af van de stroomstroom en is duidelijker in PN-tunnelverbindingsapparaten.

Schotruis is aanzienlijk bij extreem kleine stromen, vooral bij metingen op korte tijdschalen. Dit geluid is vooral merkbaar wanneer de huidige niveaus niet hoog zijn. Dit komt dus voornamelijk door de statistische stroom.

Shot Noise Circuit

De experimentele opstelling met shot noise met een fotomontagecircuit wordt hieronder weergegeven. Deze opstelling bevat een gloeilamp met variabele intensiteit en fotodiode die zijn aangesloten op een eenvoudig circuit. In het volgende circuit wordt de multimeter gebruikt om de voedingsspanning te meten over een RF-weerstand die in serie is geschakeld met het fotocircuit.

Een schakelaar in het circuit kiest of de fotostroom (of) het kalibratiesignaal aan de rest van het circuit mag worden gegeven. De op-amp die zich aan de rechterkant bevindt, is parallel geschakeld met de weerstand, waardoor de shot noise-montagedoos een ongeveer tienvoudige versterking heeft.

Shot Noise Circuit

De oscilloscoop wordt gebruikt om het resulterende ruissignaal digitaal op te nemen. Een functiegenerator wordt in serie gebruikt met een verzwakker om de versterkingscurve aan te passen. Hier begonnen we het Shot noise-experiment met een zeer zorgvuldige kalibratie van de meetketen door middel van een verzwakt sinusvormig signaal met behulp van een functiegenerator. De versterking wordt geregistreerd (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Tijdens dit experiment hebben we simpelweg de RMS-spanning van de ruis opgenomen die 20 keer wordt gemeten door de oscilloscoop voor 8 verschillende spanningen binnen het lichtfotocircuit VF. Daarna hebben we het fotocircuit doorbroken en het geluidsniveau op de achtergrond vastgelegd.

In dit circuit kan de gemeten ruis enigszins worden gewijzigd, afhankelijk van de integratietijd die door de oscilloscoop wordt gebruikt, maar dit ligt in de orde van 0,1% onzekerheid en we kunnen het negeren, omdat het wordt gedomineerd door de onzekerheid veroorzaakt door willekeurige schommelingen binnen de spanning.

Shot Noise Huidige formule

Schotgeluid treedt op wanneer stroom door een PN-kruising . Er zijn diverse knooppunten aanwezig geïntegreerde schakelingen . Het overschrijden van een barrière is gewoon willekeurig en de geproduceerde gelijkstroom is de som van verschillende willekeurige elementaire stroomsignalen. Dit geluid is stabiel boven alle frequenties. De huidige formule voor schotruis wordt hieronder weergegeven.

In = √2qIΔf

Waar,

“elektronische componenten en hun functie ”

'q' is de lading op een elektron die gelijk is aan 1,6 × 10-19 coulombs.

'I' is de stroom van stroom door de kruising.

‘Af’ is de bandbreedte in Hertz.

Verschil zwart-wit opnameruis, Johnson-ruis en impulsruis

Het verschil tussen schotruis, Johnson-ruis en impulsruis wordt hieronder besproken.

Schot geluid	Johnson-geluid	Impulsgeluid
De ruis die ontstaat als gevolg van de discrete aard van de ladingen die door elektronen/gaten worden vervoerd, staat bekend als schotruis.	Het geluid dat wordt gegenereerd door de thermische agitatie van de ladingsdragers staat bekend als Johnson-ruis.	Het geluid dat een snel scherp geluid vasthoudt, anders een snelle knal van een schotduur zoals een geweerschot, staat bekend als impulsgeluid.
Deze ruis wordt ook wel kwantumruis genoemd.	Johnson-ruis wordt ook wel Nyquist-ruis/thermische ruis genoemd.	Impulsgeluid wordt ook wel burst-geluid genoemd.
Dit geluid is onafhankelijk van frequentie en temperatuur.	Dit geluid is evenredig met de temperatuur.	Dit is niet temperatuur afhankelijk.
Deze ruis treedt voornamelijk op bij het tellen van fotonen in optische apparaten, waar deze ruis verband houdt met de deeltjeskarakteristiek van de bundel.	Thermische ruis treedt voornamelijk op door de willekeurige beweging van de vrije elektronen in een geleider die het gevolg is van thermische agitatie.	Impulsruis treedt voornamelijk op door onweer en spanningspieken door elektromechanische schakelsystemen.

Voor-en nadelen

De voordelen van schotgeluid omvatten het volgende.

De schotruis bij hoge frequenties is de beperkende ruis voor terrestrische detectoren.
Deze ruis biedt eenvoudigweg waardevolle informatie over fysieke basisprocessen die verder gaan dan andere experimentele methoden.
Omdat de signaalsterkte sneller toeneemt, neemt het relatieve aandeel van de opnameruis af en neemt de S/N-verhouding toe.

De nadelen van schotgeluid omvatten het volgende.

Deze ruis wordt simpelweg veroorzaakt door de fluctuaties binnen het aantal gedetecteerde fotonen bij de fotodiode.
Er is een aanpassing van de gegevens na de meting nodig om het signaalverlies te compenseren vanwege het laagdoorlaatfilter (LPF) dat door de tunnelovergang is gevormd.
Dit is kwantumgelimiteerde intensiteitsruis. Verschillende lasers zijn zeer dicht bij schotruis, als een minimum voor hoge ruisfrequenties.

toepassingen

De toepassingen van schotgeluid omvatten het volgende.

Deze ruis is vooral zichtbaar in halfgeleiderapparaten zoals PN-overgangen, tunnelovergangen en Schottky-barrièrediodes.
Het is belangrijk in fundamentele fysica, optische detectie, elektronica, telecommunicatie, enz.
Dit type ruis wordt aangetroffen in elektronische en RF-circuits als een effect van de aard van de granulaire stroom.
Deze ruis is erg belangrijk in een systeem met een zeer laag vermogen.
Deze ruis is gecorreleerd met de gekwantiseerde ladingsaard en de individuele ladingsdragerinjectie door de pn-overgang.
Deze ruis onderscheidt zich eenvoudig van fluctuaties van stroom in evenwicht die optreden zonder enige aangelegde spanning en zonder enige normale stroomstroom.
Schotruis is de tijdsafhankelijke fluctuaties binnen elektrische stroom die worden veroorzaakt door de discretie van de elektronenlading.

Q). Waarom wordt schotruis witte ruis genoemd?

A). Deze ruis wordt vaak witte ruis genoemd omdat het een consistente spectrale dichtheid heeft. De belangrijkste voorbeelden van witte ruis zijn schotruis en thermische ruis.

Q). Wat is de ruisfactor in communicatie?

Het is de maatstaf voor de verslechtering van de S/N-verhouding binnen een apparaat. Het is dus de verhouding van de S/N-verhouding bij de i/p tot de S/N-verhouding bij de uitgang.

Q). Wat is schotruis in fotodetector?

A). De schotruis in de fotodetector bij de detectie van optische homodyne wordt toegeschreven aan ofwel de nulpuntfluctuaties van het gekwantiseerde elektromagnetische veld, ofwel aan de afzonderlijke aard van de fotonabsorptieprocedure.

Q). Hoe wordt schotgeluid gemeten?

A). Deze ruis wordt gemeten door dit te gebruiken als shot noise = 10 log(2hν/P) in dBc/Hz). De 'c' binnen dBc is relatief ten opzichte van het signaal, dus vermenigvuldigen we met het signaalvermogen 'P' om het schotruisvermogen binnen dBm/Hz te verkrijgen.

Q). Hoe verminder je Shot Noise?

Dit geluid kan worden verminderd door

Verhogen van de signaalsterkte: Verhogen van de hoeveelheid stroom in het systeem zal de relatieve bijdrage van schotruis verminderen.
Middelen van het signaal: het middelen van meerdere metingen van hetzelfde signaal vermindert de opnameruis, aangezien de ruis in de loop van de tijd wordt uitgemiddeld.
Ruisfilters implementeren: filters zoals laagdoorlaatfilters kunnen worden gebruikt om hoogfrequente ruiscomponenten uit het signaal te verwijderen.
Temperatuur verlagen: Door de temperatuur van het systeem te verhogen, neemt de hoeveelheid thermische ruis toe, waardoor schotgeluid relatief minder significant wordt.
De juiste detector kiezen: het gebruik van een detector met een groter actief gebied of een hogere elektronenverzamelingsefficiëntie kan de impact van schotruis verminderen.

Dit is dus een overzicht van schotgeluid en de toepassingen ervan. Gewoonlijk treedt dit geluid op wanneer er een spanningsverschil of potentiaalbarrière is. Zodra de ladingsdragers zoals gaten en elektronen de barrière passeren, kan deze ruis worden gegenereerd. Een transistor, een diode en een vacuümbuis zullen bijvoorbeeld allemaal schotgeluid genereren. Hier is een vraag voor u, wat is lawaai?