Ang shot noise ay unang binuo ng German physicist na si 'Walter Schottky' na may pangunahing papel sa pagpapalawak ng electron & ion emission theory. Habang nagtatrabaho sa mga thermionic valve o vacuum tubes, napagmasdan niya na kahit na ang lahat ng panlabas na pinagmumulan ng ingay ay naalis na ang dalawang uri ng ingay ay nanatili. Ang isang natukoy niya ay isang kinalabasan ng temperatura na kilala bilang thermal noise samantalang ang natitira ay shot noise. Sa mga de-koryenteng circuit , may iba't ibang uri ng pinagmumulan ng ingay tulad ng johnson/ thermal Noise, shot noise, 1/f noise, o Pink/ Flicker noise. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a ingay ng shot – nagtatrabaho sa mga aplikasyon.

Ano ang Shot Noise?

Ang isang uri ng electronic noise na nilikha mula sa discrete nature ng electric charge ay kilala bilang shot noise. Sa mga electronic circuit, ang ingay na ito ay may mga random na pagbabagu-bago sa isang DC current dahil ang kasalukuyang kasalukuyang ay may daloy ng mga electron. Ang ingay na ito ay kapansin-pansin pangunahin sa mga aparatong semiconductor tulad ng Schottky barrier diodes, PN junctions, at tunnel junctions. Hindi tulad ng thermal noise, ang ingay na ito ay pangunahing nakasalalay sa daloy ng kasalukuyang at ito ay mas maliwanag sa PN tunneling junction device.

Ang ingay ng pagbaril ay makabuluhan sa napakaliit na agos pangunahin kapag sumusukat sa maikling oras na mga kaliskis. Ang ingay na ito ay partikular na kapansin-pansin sa tuwing ang kasalukuyang mga antas ay hindi mataas. Kaya ito ay higit sa lahat dahil sa kasalukuyang daloy ng istatistika.

Shot Noise Circuit

Ang shot noise experimental setup na may photo assembly circuit ay ipinapakita sa ibaba. Kasama sa setup na ito ang isang variable-intensity light bulb at photodiode na konektado sa isang simpleng circuit. Sa sumusunod na circuit, ang multimeter ay ginagamit upang sukatin ang supply ng boltahe sa isang RF resistor na konektado sa serye sa photo circuit.

Pinipili ng switch sa circuit kung ang photocurrent (o) ang signal ng pagkakalibrate ay maibibigay sa natitirang bahagi ng circuit. Ang op-amp na nasa kanang bahagi ay konektado sa parallel sa risistor na nagiging sanhi ng shot noise assembly box na magkaroon ng humigit-kumulang sampung beses na nakuha.

Shot Noise Circuit

Ang oscilloscope ay ginagamit upang digital na isama ang nagresultang signal ng ingay. Ang isang function generator ay ginagamit sa serye na may isang attenuator upang ayusin ang gain curve. Dito, sinimulan namin ang eksperimento sa ingay ng Shot na may napakaingat na pagkakalibrate ng chain ng pagsukat sa pamamagitan ng isang attenuated na sinusoidal signal gamit ang isang function generator. Ang nakuha ay naitala (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Sa panahon ng eksperimentong ito, naitala lang namin ang boltahe ng RMS ng ingay na sinusukat ng oscilloscope nang 20 beses para sa 8 magkakaibang boltahe sa loob ng light photo circuit na VF. Pagkatapos nito, sinira namin ang circuit ng larawan at naitala ang antas ng ingay sa background.

Sa circuit na ito, ang ingay na sinusukat ay maaaring bahagyang mabago depende sa oras ng pagsasama na ginamit ng oscilloscope, gayunpaman, ito ay nasa hanay ng 0.1% na kawalan ng katiyakan at maaari nating balewalain ito, dahil ito ay nangingibabaw sa pamamagitan ng kawalan ng katiyakan na dulot ng random na pagbabagu-bago sa loob ng boltahe.

Shot Noise Current Formula

Ang ingay ng shot ay nangyayari kapag ang kasalukuyang daloy sa buong a PN junction . Mayroong iba't ibang mga junction na naroroon sa integrated circuits . Ang barrier crossing ay random lang at ang DC current na ginawa ay ang kabuuan ng iba't ibang random na elementarya na kasalukuyang signal. Ang ingay na ito ay matatag sa lahat ng mga frequency. Ang kasalukuyang formula ng shot noise ay ipinapakita sa ibaba.

Sa = √2qIΔf

saan,

Ang 'q' ay ang singil sa isang electron na katumbas ng 1.6 × 10-19 coulombs.

Ang 'I' ay ang daloy ng agos sa buong junction.

Ang 'Δf' ay ang bandwidth sa Hertz.

Pagkakaiba B/W Shot Noise, Johnson Noise at Impulse Noise

Ang pagkakaiba sa pagitan ng shot noise, Johnson noise, at impulse noise ay tinatalakay sa ibaba.

“listahan ng mga port sa isang computer ”

Shot Ingay	Ingay ni Johnson	Impulse Ingay
Ang ingay na lumabas dahil sa discrete na katangian ng mga singil na dinadala sa pamamagitan ng mga electron/hole ay kilala bilang shot noise.	Ang ingay na nabuo sa pamamagitan ng thermal agitation ng mga charge carrier ay kilala bilang Johnson noise.	Ang ingay na nagtataglay ng mabilis na matalim na tunog kung hindi man ay isang mabilis na putok ng tagal ng pagbaril tulad ng isang putok ay kilala bilang impulse noise.
Ang ingay na ito ay kilala rin bilang quantum noise.	Ang ingay ng Johnson ay tinatawag ding Nyquist noise/thermal noise.	Ang impulse noise ay kilala rin bilang burst noise.
Ang ingay na ito ay independiyente sa dalas at temperatura.	Ang ingay na ito ay proporsyonal sa temperatura.	Hindi ito nakadepende sa temperatura.
Pangunahing nangyayari ang ingay na ito sa pagbibilang ng photon sa loob ng mga optical device, saanman nauugnay ang ingay na ito sa katangian ng particle ng beam.	Ang thermal noise ay pangunahing nangyayari sa pamamagitan ng random na paggalaw ng mga libreng electron sa loob ng isang konduktor na nagreresulta mula sa thermal agitation.	Pangunahing nangyayari ang impulse noise sa pamamagitan ng mga bagyo ng kidlat at mga transient ng boltahe sa pamamagitan ng mga electro-mechanical switching system.

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang mga pakinabang ng shot noise isama ang mga sumusunod.

Ang ingay ng shot sa matataas na frequency ay ang limitasyon ng ingay para sa mga terrestrial detector.
Ang ingay na ito ay nagbibigay lamang ng mahalagang impormasyon sa mga pangunahing pisikal na proseso na higit sa iba pang mga eksperimentong pamamaraan.
Dahil mas mabilis na tumataas ang lakas ng signal, bumababa ang relatibong proporsyon ng ingay ng shot at tumataas ang ratio ng S/N.

Ang disadvantages ng shot noise isama ang mga sumusunod.

Ang ingay na ito ay sanhi lamang ng mga pagbabago sa loob ng bilang ng mga nakitang photon sa photodiode.
Nangangailangan ito ng pagbabago sa data pagkatapos ng pagsukat upang mabayaran ang pagkawala ng signal dahil sa low-pass filter (LPF) na nabuo sa pamamagitan ng tunnel junction.
Ito ay quantum-limited intensity noise. Ang iba't ibang mga laser ay napakalapit sa shot noise, bilang isang minimum para sa high-noise frequency.

Mga aplikasyon

Ang mga application ng shot noise isama ang mga sumusunod.

“sa isang computer network node ay ”

Ang ingay na ito ay pangunahing nakikita sa mga semiconductor device tulad ng mga PN junction, tunnel junction, at Schottky barrier diode.
Mahalaga ito sa pangunahing pisika, optical detection, electronics, telekomunikasyon, atbp.
Ang ganitong uri ng ingay ay nakakaharap sa mga electronic at RF circuit bilang isang epekto ng butil-butil na kasalukuyang kalikasan.
Ang ingay na ito ay napakakahulugan sa isang napakababang sistema ng kapangyarihan.
Ang ingay na ito ay nauugnay sa quantized charge nature at ang indibidwal na carrier injection sa buong pn-junction.
Ang ingay na ito ay nakikilala lamang mula sa pagbabagu-bago ng kasalukuyang sa equilibrium na nangyayari nang walang anumang boltahe na inilapat at walang anumang normal na daloy ng kasalukuyang.
Ang ingay ng shot ay ang mga pagbabago-bagong umaasa sa oras sa loob ng electrical current na sanhi ng discreteness ng electron charge.

Q). Bakit Tinatawag na White Noise ang Shot Noise?

A). Ang ingay na ito ay madalas na kilala bilang puting ingay dahil mayroon itong pare-parehong spectral density. Ang mga pangunahing halimbawa ng White noise ay Shot noise at Thermal noise.

Q). Ano ang Noise Factor sa Komunikasyon?

Ito ang sukatan ng pagbaba ng S/N ratio sa loob ng isang device. Kaya, ito ay ang ratio ng S/N Ratio sa i/p sa S/N ratio sa output.

Q). Ano ang Shot Noise sa Photodetector?

A). Ang ingay ng shot sa loob ng photodetector sa pagtuklas ng optical homodyne ay iniuugnay sa alinman sa zero point fluctuations ng quantized electromagnetic field, kung hindi sa hiwalay na katangian ng photon absorption procedure.

Q). Paano Sinusukat ang Shot Noise?

A). Ang ingay na ito ay sinusukat sa pamamagitan ng paggamit nito tulad ng shot noise = 10 log(2hν/P) sa dBc/Hz). Ang 'c' sa loob ng dBc ay may kaugnayan sa signal, kaya dumarami tayo sa pamamagitan ng signal power na 'P' para makuha ang shot noise power sa loob ng dBm/Hz.

Q). Paano mo bawasan ang Shot Noise?

Ang ingay na ito ay maaaring mabawasan ng

Pagtaas ng lakas ng signal: Ang pagtaas ng dami ng kasalukuyang sa system ay magbabawas sa kaugnay na kontribusyon ng ingay ng shot.
Pag-a-average ng signal: Ang pag-a-average ng maraming sukat ng parehong signal ay makakabawas sa ingay ng shot, dahil ang ingay ay magiging average sa paglipas ng panahon.
Pagpapatupad ng mga filter ng ingay: Maaaring gamitin ang mga filter tulad ng mga low-pass na filter upang alisin ang mga bahagi ng high-frequency na ingay mula sa signal.
Pagbabawas ng temperatura: Ang pagtaas ng temperatura ng system ay tataas ang dami ng thermal noise, na ginagawang medyo hindi gaanong makabuluhan ang shot noise.
Pagpili ng tamang detector: Ang paggamit ng detector na may mas malaking aktibong lugar o mas mataas na kahusayan sa pagkolekta ng electron ay maaaring mabawasan ang epekto ng shot noise.

Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng ingay ng shot at mga aplikasyon nito. Kadalasan, ang ingay na ito ay nangyayari sa tuwing may boltahe na kaugalian o potensyal na hadlang. Kapag ang mga tagadala ng singil tulad ng mga butas at mga electron ay tumawid sa hadlang, ang ingay na ito ay maaaring mabuo. Halimbawa, ang isang transistor, isang diode at isang vacuum tube ay bubuo ng ingay ng shot. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang ingay?