Измерване на шума - Studiopedia
Информацията за шумовите характеристики на фотодетектор или фотодетектор най-често представлява интерес за потребителя и следователно разработчика на фотодетектора в два аспекта. Първо, проектантът се интересува от RMS стойността на напрежението на шума в дадена честотна лента около носещата честота на сигнала и тъй като оборудването, в което ще се използва фотодетекторът, ще има максимална чувствителност само ако неговият шум е реализиран, този параметър обикновено се задава.
Второ, от значителен интерес, особено за праговите фотодетектори, е изборът на честота, за която се реализира максимална детектируемост. Честотната характеристика D * =j(f) помага за това, за да се определи кое е необходимо да се изследва спектралната плътност на шума `Ush=j(f). Същата зависимост е необходима за намиране на граничната честота на излишния шум, което помага да се избере оптималният честотен диапазон за оборудване, използващо фотодетектор. Ето защо е целесъобразно въпросът за измерване на шума да се разглежда в тези два аспекта.
Измерването на шума в дадена честотна лентасе извършва главно с помощта на нестандартни, специално проектирани измервателни уреди и в повечето случаи собственият шум на измервателното оборудване не се различава много от шума на измервания обект. (Когато става въпрос за фотодетектори, FPA шумът обикновено е много по-голям от шумомерите.) Следователно, първата задача при измерването на шума е да се отдели шумът на фотодетектора от шума на растенията или по-точно да се определи съотношението на вътрешния шум на измервателните уреди към общия измерен шум. Има няколко начина за оценка на вътрешния шум на измервателния път, доведен до входа.
INДълго време се определяше от стойността на показанието на индикаторното устройство на измервателния път с късо съединение на последния, след което това показание се сравняваше с показанието на инсталирания, но затъмнен фотодетектор. Въпреки това, този метод не може да бъде разпознат като правилен, тъй като шумът на усилващия път зависи от входния импеданс и, следователно, собственият шум на пътя, измерен по този начин, ще се различава от шума, който има с фотодетектор, свързан към входа.
Напоследък се практикува измерване на напрежението на собствения шум на измервателна система с фотодетектор, свързан към входа на предусилвателя. В този случай работното напрежение не се прилага към приемника. В резултат на това импедансът на измервателния път съответства на съпротивлението, което пътят има по време на процеса на измерване, като в същото време почти само термичният шум на товара се оказва записан шум. Липсват основните шумови компоненти на фотодетектора при ниски честоти - 1/f шум и генераторно-рекомбинационен шум. Шумовото напрежение, измерено при тези условия, се прилага като инсталационен шум. Използването на такъв метод на измерване на практика означава, че собственият шум на измервателната уредба трябва да се измерва при всяка инсталация на фотодетектора, тоест шумът на уредбата всъщност не се удостоверява по време на нейната сертификация, а става параметър, контролиран в процеса на измерване. Естествено, това води до допълнителни загуби на време в процеса на измерване, но в повечето случаи те се отплащат чрез повишаване на точността на измерване. При извършване на масови измервания и разработване на автоматизирано оборудване методът за отчитане на вътрешния шум на измервателния път очевидно трябва да бъде различен. От друга страна, осигурете достатъчноточността на измерванията в този случай ще бъде възможна, очевидно, само при условие, че собственият шум на пътя ще бъде значително по-малък от шума на контролираните фотодетектори.
(5.5.1)
Говорейки за точността на измерване на RMS шума, трябва да се има предвид, че тя зависи от времето на измерване. Това време трябва да е достатъчно, за да се гарантира, че резултатът от измерването не се различава с повече от предварително определена стойност от резултатите, измерени във времето, като се гарантира, че разпределението на получените моментни стойности на напрежението на шума съответства на Гаус, тоест нормално. Приятно е да се има предвид, че времето за наблюдение трябва да бъде поне 10 пъти реципрочното на ефективната честотна лента на шума на измервателния път, т.е. колкото по-тясна е честотната лента на пътя, толкова по-дълго трябва да бъде времето за измерване, за да се постигне същата точност на резултата. При изчисляване на грешката на измерване за дадена честотна лента и време на наблюдение или, обратно, при определяне на времето, необходимо за осигуряване на необходимата точност, се препоръчва да се използва изразът, предложен от van der Zyl:
където d е резултатната грешка, t е времето на наблюдение, Dfeff е ефективната честотна лента на шума на пътя на измерване.
Коефициентът 2 в знаменателя съответства на измерването на шума на устройства за запис на синусоидални сигнали.
Точността на измерване също се влияе от широчината на динамичния обхват на измервателния път. Всяко ограничение означава, че някои от възможните емисии на шумови сигнали няма да бъдат прекарани без изкривяване и следователно това ограничение води до появата на определена грешка. Тъй като обаче е практически невъзможно да се осигури безкрайно голям динамичен обхват, трябва да се направи така, че грешката да не надвишава допустимите граници.
Ако шумът на фотодетектора се окаже близък до присъщия шум на измервателната настройка, т.е. в този случай, когато измерената стойност на шума, когато работното напрежение `US е приложено към приемника, се различава от стойността, получена с изключен приемник Ut с не повече от 3 пъти, средноквадратичното напрежение на шума на фотодетектора
(5.5.2)
С голяма разлика, присъщият шум на усилващия път `Ut може да бъде пренебрегнат и общата стойност на шума `US може да се приеме като шумово напрежение на фотодетектора `Up=`US.
Ако измервателната настройка включва операционен усилвател, не се измерват напреженията, а шумовият ток. Всички изисквания за пътя и методите на измерване, както и изчисленията, остават същите.
Процесътна измерване на спектралната плътност на шумане се различава от описания по-горе, разликата е само в използваното измервателно оборудване. В този случай се използват спектрални анализатори, т.е. селективни волтметри с резонансна честота, регулируема в широк диапазон с тясна ефективна шумова лента (така наречената лента за анализ). В съответствие с горното, за да се осигури достатъчна точност на измерване, времето за натрупване се увеличава значително. В допълнение, тя може да бъде различна за различните честоти, ако честотната лента на анализатора се променя с честота (например с постоянна стойност на Df/fres). Също така е много важно да се знае ефективната честотна лента на шума при всяка честота, когато се измерва спектралната плътност на шума, тъй като спектралната плътност се изчислява като съотношението на измерената средноквадратична стойност на шумовото напрежение към корена на ефективната честотна лента на шума. Обикновено честотната лента за всяка честота е посочена в паспорта или техническото описание на анализатора (за стандартен инструмент). Ако не, лентата се определя в процесаметрологично освидетелстване на уреда чрез определяне на честотната му характеристика и последващо изчисление. Ако анализаторът има постоянна честотна лента на всички честоти, достатъчно е тази операция да се извърши веднъж, но ако относителната ширина е постоянна, операцията трябва да се повтори в целия честотен диапазон. Ясно е, че такава работа е много трудоемка и отнема твърде много време. Следователно, като се възползва от факта, че честотната лента на анализатора е много тясна, може да се приложи различен метод за определяне на ефективната честотна лента на шума. Говорим за измерване на RMS шумовото напрежение на жичен резистор с известна стойност при желаните честоти и след това изчисляване на ефективната честотна лента на шума въз основа на уравнението на топлинния шум
В този случай е необходимо да се знае точно температурата на околната среда, при която са направени измерванията.
Спектърът на шума обикновено се представя като графика на спектралната плътност на шума спрямо честотата f.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: