فوٹو ڈیٹیکٹر کے شور کو کیسے کم کیا جائے۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کے شور کو کیسے کم کیا جائے۔

فوٹو ڈیٹیکٹر کے شور میں بنیادی طور پر شامل ہیں: موجودہ شور، تھرمل شور، شاٹ شور، 1/f شور اور وائڈ بینڈ شور، وغیرہ۔ یہ درجہ بندی صرف نسبتاً کھردری ہے۔ اس بار، ہم شور کی مزید تفصیلی خصوصیات اور درجہ بندی متعارف کرائیں گے تاکہ ہر کسی کو فوٹو ڈیٹیکٹرز کے آؤٹ پٹ سگنلز پر مختلف قسم کے شور کے اثرات کو بہتر طور پر سمجھنے میں مدد ملے۔ صرف شور کے ذرائع کو سمجھ کر ہی ہم فوٹو ڈیٹیکٹرز کے شور کو بہتر اور کم کر سکتے ہیں، اس طرح سسٹم کے سگنل ٹو شور کے تناسب کو بہتر بنا سکتے ہیں۔

شاٹ شور ایک بے ترتیب اتار چڑھاؤ ہے جو چارج کیریئرز کی مجرد نوعیت کی وجہ سے ہوتا ہے۔ خاص طور پر فوٹو الیکٹرک اثر میں، جب فوٹونز الیکٹران پیدا کرنے کے لیے فوٹو حساس اجزاء پر حملہ کرتے ہیں، تو ان الیکٹرانوں کی نسل بے ترتیب ہوتی ہے اور پوسن کی تقسیم کے مطابق ہوتی ہے۔ شاٹ شور کی سپیکٹرل خصوصیات فلیٹ اور فریکوئنسی کی شدت سے آزاد ہیں، اور اس طرح اسے سفید شور بھی کہا جاتا ہے۔ ریاضی کی وضاحت: شاٹ شور کی جڑ کا مطلب مربع (RMS) قدر اس طرح ظاہر کی جا سکتی ہے:

ان میں سے:

e: الیکٹرانک چارج (تقریباً 1.6 × 10-19 کولمب)

Idark: تاریک کرنٹ

Δf: بینڈوتھ

شاٹ شور کرنٹ کی شدت کے متناسب ہے اور تمام تعدد پر مستحکم ہے۔ فارمولے میں، Idark فوٹوڈیوڈ کے تاریک کرنٹ کی نمائندگی کرتا ہے۔ یعنی روشنی کی غیر موجودگی میں، فوٹوڈیوڈ میں غیر مطلوبہ تاریک کرنٹ شور ہوتا ہے۔ جیسا کہ فوٹو ڈیٹیکٹر کے بالکل سامنے والے سرے پر موروثی شور ہے، گہرا کرنٹ جتنا بڑا ہوگا، فوٹو ڈیٹیکٹر کا شور اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ گہرا کرنٹ فوٹوڈیوڈ کے بائیس آپریٹنگ وولٹیج سے بھی متاثر ہوتا ہے، یعنی جتنا بڑا بائیس آپریٹنگ وولٹیج ہوگا، اتنا ہی گہرا کرنٹ بھی زیادہ ہوگا۔ تاہم، تعصب کا کام کرنے والا وولٹیج فوٹو ڈیٹیکٹر کے جنکشن کیپیسیٹینس کو بھی متاثر کرتا ہے، اس طرح فوٹو ڈیٹیکٹر کی رفتار اور بینڈوتھ کو متاثر کرتا ہے۔ مزید یہ کہ، تعصب وولٹیج جتنا زیادہ ہوگا، رفتار اور بینڈوتھ اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ لہذا، فوٹوڈیوڈس کے شاٹ شور، تاریک کرنٹ اور بینڈوتھ کی کارکردگی کے لحاظ سے، پروجیکٹ کی اصل ضروریات کے مطابق مناسب ڈیزائن کیا جانا چاہیے۔

2. 1/f فلکر شور

1/f شور، جسے فلکر شور کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، بنیادی طور پر کم تعدد کی حد میں ہوتا ہے اور اس کا تعلق مادی نقائص یا سطح کی صفائی جیسے عوامل سے ہوتا ہے۔ اس کے سپیکٹرل خصوصیت کے خاکے سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ اس کی پاور سپیکٹرل کثافت اعلی تعدد کی حد میں کم تعدد کی حد کے مقابلے میں نمایاں طور پر چھوٹی ہے، اور فریکوئنسی میں ہر 100 گنا اضافے کے لیے، سپیکٹرل کثافت کا شور خطی طور پر 10 گنا کم ہو جاتا ہے۔ 1/f شور کی پاور سپیکٹرل کثافت تعدد کے الٹا متناسب ہے، یعنی:

ان میں سے:

SI(f) : شور پاور سپیکٹرل کثافت

میں: موجودہ

f: تعدد

1/f شور کم فریکوئنسی رینج میں اہم ہے اور فریکوئنسی بڑھنے کے ساتھ ہی کمزور ہو جاتا ہے۔ یہ خصوصیت اسے کم تعدد ایپلی کیشنز میں مداخلت کا ایک بڑا ذریعہ بناتی ہے۔ 1/f شور اور وائیڈ بینڈ شور بنیادی طور پر فوٹو ڈیٹیکٹر کے اندر آپریشنل ایمپلیفائر کے وولٹیج شور سے آتا ہے۔ شور کے بہت سے دوسرے ذرائع ہیں جو فوٹو ڈیٹیکٹرز کے شور کو متاثر کرتے ہیں، جیسے آپریشنل ایمپلیفائرز کا پاور سپلائی شور، کرنٹ شور، اور آپریشنل ایمپلیفائر سرکٹس کے فائدے میں مزاحمتی نیٹ ورک کا تھرمل شور۔

3. آپریشنل ایمپلیفائر کا وولٹیج اور موجودہ شور: وولٹیج اور کرنٹ اسپیکٹرل کثافت درج ذیل تصویر میں دکھائے گئے ہیں:

آپریشنل ایمپلیفائر سرکٹس میں، موجودہ شور کو ان فیز کرنٹ شور اور الٹا کرنٹ شور میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ ان فیز کرنٹ شور i+ ذریعہ داخلی مزاحمت Rs سے بہتا ہے، مساوی وولٹیج شور u1= i+*Rs پیدا کرتا ہے۔ I- الٹا کرنٹ شور برابر وولٹیج کا شور پیدا کرنے کے لیے گین ایکوئیلنٹ ریزسٹر R کے ذریعے بہتا ہے u2= I-*R۔ لہذا جب پاور سپلائی کا RS بڑا ہوتا ہے، تو کرنٹ شور سے تبدیل ہونے والا وولٹیج کا شور بھی بہت بڑا ہوتا ہے۔ لہذا، بہتر شور کو بہتر بنانے کے لیے، بجلی کی فراہمی کا شور (بشمول اندرونی مزاحمت) بھی اصلاح کے لیے ایک اہم سمت ہے۔ موجودہ شور کی سپیکٹرل کثافت تعدد کی مختلف حالتوں کے ساتھ بھی تبدیل نہیں ہوتی ہے۔ لہٰذا، سرکٹ کے ذریعے وسیع ہونے کے بعد، یہ، فوٹوڈیوڈ کے تاریک کرنٹ کی طرح، جامع طور پر فوٹو ڈیٹیکٹر کے شاٹ شور کو تشکیل دیتا ہے۔

4. آپریشنل ایمپلیفائر سرکٹ کے حاصل (ایمپلیفیکیشن فیکٹر) کے لیے مزاحمتی نیٹ ورک کے تھرمل شور کا حساب درج ذیل فارمولے سے لگایا جا سکتا ہے:

ان میں سے:

k: Boltzmann constant (1.38 × 10-23J/K)

T: مطلق درجہ حرارت (K)

R: مزاحمت (اوہم) تھرمل شور کا تعلق درجہ حرارت اور مزاحمتی قدر سے ہے، اور اس کا سپیکٹرم فلیٹ ہے۔ اس فارمولے سے دیکھا جا سکتا ہے کہ جتنی بڑی گین ریزسٹنس ویلیو ہوگی، تھرمل شور اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ بینڈوڈتھ جتنی بڑی ہوگی، تھرمل شور بھی اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ لہٰذا، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ مزاحمتی قدر اور بینڈوڈتھ کی قدر حاصل کی ضروریات اور بینڈوتھ کی ضروریات دونوں کو پورا کرتی ہے، اور آخر کار کم شور یا زیادہ سگنل ٹو شور کے تناسب کا بھی مطالبہ کرتی ہے، گین ریزسٹرس کے انتخاب پر غور سے غور کرنے کی ضرورت ہے اور اصل پروجیکٹ کی ضروریات کی بنیاد پر اس کا جائزہ لینے کی ضرورت ہے۔

خلاصہ

شور کو بہتر بنانے والی ٹیکنالوجی فوٹو ڈیٹیکٹرز اور الیکٹرانک آلات کی کارکردگی کو بڑھانے میں اہم کردار ادا کرتی ہے۔ اعلی صحت سے متعلق کا مطلب ہے کم شور۔ جیسا کہ ٹیکنالوجی زیادہ درستگی کا مطالبہ کرتی ہے، شور، سگنل سے شور کا تناسب، اور فوٹو ڈیٹیکٹر کے مساوی شور کی طاقت کے تقاضے بھی زیادہ سے زیادہ ہوتے جا رہے ہیں۔