ফটোডিটেক্টরের শব্দ কমানোর উপায়

ফটোডিটেক্টরের শব্দ কমানোর উপায়

ফটোডিটেক্টরের শব্দের মধ্যে প্রধানত রয়েছে: কারেন্ট শব্দ, তাপীয় শব্দ, শট শব্দ, 1/f শব্দ এবং ওয়াইডব্যান্ড শব্দ ইত্যাদি। এই শ্রেণীবিভাগটি তুলনামূলকভাবে মোটামুটি। এবার, আমরা আরও বিস্তারিত শব্দ বৈশিষ্ট্য এবং শ্রেণীবিভাগ উপস্থাপন করব যাতে ফটোডিটেক্টরের আউটপুট সিগন্যালের উপর বিভিন্ন ধরণের শব্দের প্রভাব আরও ভালভাবে বুঝতে সকলকে সাহায্য করা যায়। শুধুমাত্র শব্দের উৎসগুলি বোঝার মাধ্যমেই আমরা ফটোডিটেক্টরের শব্দ আরও ভালভাবে কমাতে এবং উন্নত করতে পারি, যার ফলে সিস্টেমের সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত অপ্টিমাইজ করা যায়।

শট নয়েজ হল চার্জ বাহকদের বিচ্ছিন্ন প্রকৃতির কারণে সৃষ্ট একটি এলোমেলো ওঠানামা। বিশেষ করে আলোক তড়িৎ প্রভাবে, যখন ফোটনগুলি আলোক সংবেদনশীল উপাদানগুলিকে আঘাত করে ইলেকট্রন তৈরি করে, তখন এই ইলেকট্রনগুলির উৎপন্নতা এলোমেলো হয় এবং পয়সন বিতরণের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ হয়। শট নয়েজের বর্ণালী বৈশিষ্ট্যগুলি সমতল এবং ফ্রিকোয়েন্সি মাত্রার উপর নির্ভর করে না, এবং তাই এটিকে সাদা শব্দও বলা হয়। গাণিতিক বর্ণনা: শট নয়েজের মূল গড় বর্গ (RMS) মান এইভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

তাদের মধ্যে:

e: ইলেকট্রনিক চার্জ (প্রায় ১.৬ × ১০-১৯ কুলম্ব)

ইডার্ক: অন্ধকার স্রোত

Δf: ব্যান্ডউইথ

শট নয়েজ কারেন্টের মাত্রার সমানুপাতিক এবং সমস্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে স্থিতিশীল। সূত্রে, আইডার্ক ফটোডায়োডের অন্ধকার প্রবাহকে প্রতিনিধিত্ব করে। অর্থাৎ, আলোর অনুপস্থিতিতে, ফটোডায়োডে অবাঞ্ছিত অন্ধকার প্রবাহের শব্দ থাকে। ফটোডিটেক্টরের একেবারে সামনের প্রান্তে অন্তর্নিহিত শব্দ হওয়ায়, অন্ধকার প্রবাহ যত বেশি হবে, ফটোডিটেক্টরের শব্দ তত বেশি হবে। অন্ধকার প্রবাহ ফটোডিটেক্টরের বায়াস অপারেটিং ভোল্টেজ দ্বারাও প্রভাবিত হয়, অর্থাৎ, বায়াস অপারেটিং ভোল্টেজ যত বেশি হবে, অন্ধকার প্রবাহ তত বেশি হবে। তবে, বায়াস ওয়ার্কিং ভোল্টেজ ফটোডিটেক্টরের জংশন ক্যাপাসিট্যান্সকেও প্রভাবিত করে, যার ফলে ফটোডিটেক্টরের গতি এবং ব্যান্ডউইথ প্রভাবিত হয়। তাছাড়া, বায়াস ভোল্টেজ যত বেশি হবে, গতি এবং ব্যান্ডউইথ তত বেশি হবে। অতএব, ফটোডায়োডের শট নয়েজ, অন্ধকার প্রবাহ এবং ব্যান্ডউইথ কর্মক্ষমতার ক্ষেত্রে, যুক্তিসঙ্গত নকশা প্রকৃত প্রকল্পের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে করা উচিত।

২. ১/চ ফ্লিকার নয়েজ

১/f শব্দ, যা ফ্লিকার নয়েজ নামেও পরিচিত, মূলত নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে ঘটে এবং এটি উপাদানের ত্রুটি বা পৃষ্ঠের পরিষ্কার-পরিচ্ছন্নতার মতো বিষয়গুলির সাথে সম্পর্কিত। এর বর্ণালী বৈশিষ্ট্যগত চিত্র থেকে দেখা যায় যে এর পাওয়ার বর্ণালী ঘনত্ব নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরের তুলনায় উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে উল্লেখযোগ্যভাবে কম এবং ফ্রিকোয়েন্সিতে প্রতি ১০০ গুণ বৃদ্ধির জন্য, বর্ণালী ঘনত্বের শব্দ রৈখিকভাবে ১০ গুণ হ্রাস পায়। ১/f শব্দের পাওয়ার বর্ণালী ঘনত্ব ফ্রিকোয়েন্সির বিপরীতভাবে সমানুপাতিক, অর্থাৎ:

তাদের মধ্যে:

SI(f): শব্দ শক্তি বর্ণালী ঘনত্ব

আমি: বর্তমান

f: ফ্রিকোয়েন্সি

কম-ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জে 1/f শব্দ উল্লেখযোগ্য এবং ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধির সাথে সাথে দুর্বল হয়ে পড়ে। এই বৈশিষ্ট্যটি কম-ফ্রিকোয়েন্সি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে হস্তক্ষেপের একটি প্রধান উৎস করে তোলে। 1/f শব্দ এবং ওয়াইডব্যান্ড শব্দ মূলত ফটোডিটেক্টরের ভিতরে থাকা অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ারের ভোল্টেজ শব্দ থেকে আসে। ফটোডিটেক্টরের শব্দকে প্রভাবিত করে এমন আরও অনেক শব্দের উৎস রয়েছে, যেমন অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ারের পাওয়ার সাপ্লাই শব্দ, কারেন্ট শব্দ এবং অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ার সার্কিটের লাভে রেজিস্ট্যান্স নেটওয়ার্কের তাপীয় শব্দ।

৩. অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ারের ভোল্টেজ এবং কারেন্টের শব্দ: ভোল্টেজ এবং কারেন্টের বর্ণালী ঘনত্ব নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

অপারেশনাল এমপ্লিফায়ার সার্কিটে, কারেন্ট নয়েজকে ইন-ফেজ কারেন্ট নয়েজ এবং ইনভার্টিং কারেন্ট নয়েজ এ ভাগ করা হয়। ইন-ফেজ কারেন্ট নয়েজ i+ উৎস অভ্যন্তরীণ রোধ R এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, যার ফলে সমতুল্য ভোল্টেজ নয়েজ উৎপন্ন হয় u1= i+*Rs। I- ইনভার্টিং কারেন্ট নয়েজ গেইন ইকুইলুয়েটর রোধ R এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয় যাতে সমতুল্য ভোল্টেজ নয়েজ উৎপন্ন হয় u2= I-* R। সুতরাং যখন পাওয়ার সাপ্লাইয়ের RS বড় হয়, তখন কারেন্ট নয়েজ থেকে রূপান্তরিত ভোল্টেজ নয়েজও খুব বড় হয়। অতএব, আরও ভালো শব্দের জন্য অপ্টিমাইজেশনের জন্য, পাওয়ার সাপ্লাই নয়েজ (অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধ সহ)ও অপ্টিমাইজেশনের একটি মূল দিক। ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তনের সাথে কারেন্ট শব্দের বর্ণালী ঘনত্বও পরিবর্তিত হয় না। অতএব, সার্কিট দ্বারা প্রশস্ত হওয়ার পরে, এটি, ফটোডায়োডের অন্ধকার কারেন্টের মতো, ফটোডিটেক্টরের শট নয়েজকে ব্যাপকভাবে গঠন করে।

৪. অপারেশনাল এমপ্লিফায়ার সার্কিটের লাভ (এমপ্লিফিকেশন ফ্যাক্টর) এর জন্য রেজিস্ট্যান্স নেটওয়ার্কের তাপীয় শব্দ নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা যেতে পারে:

তাদের মধ্যে:

k: বোল্টজম্যান ধ্রুবক (১.৩৮ × ১০-২৩J/K)

টি: পরম তাপমাত্রা (কে)

R: রেজিস্ট্যান্স (ওহম) তাপীয় শব্দ তাপমাত্রা এবং রেজিস্ট্যান্স মানের সাথে সম্পর্কিত, এবং এর বর্ণালী সমতল। সূত্র থেকে দেখা যায় যে লাভ প্রতিরোধের মান যত বেশি হবে, তাপীয় শব্দ তত বেশি হবে। ব্যান্ডউইথ যত বেশি হবে, তাপীয় শব্দও তত বেশি হবে। অতএব, প্রতিরোধের মান এবং ব্যান্ডউইথ মান লাভের প্রয়োজনীয়তা এবং ব্যান্ডউইথের প্রয়োজনীয়তা উভয়ই পূরণ করে এবং শেষ পর্যন্ত কম শব্দ বা উচ্চ সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাতের দাবি করে তা নিশ্চিত করার জন্য, সিস্টেমের আদর্শ সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত অর্জনের জন্য প্রকৃত প্রকল্পের প্রয়োজনীয়তার উপর ভিত্তি করে লাভ প্রতিরোধকের নির্বাচন সাবধানতার সাথে বিবেচনা এবং মূল্যায়ন করা প্রয়োজন।

সারাংশ

শব্দ উন্নত করার প্রযুক্তি ফটোডিটেক্টর এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসের কর্মক্ষমতা বৃদ্ধিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উচ্চ নির্ভুলতা মানে কম শব্দ। প্রযুক্তির উচ্চ নির্ভুলতার দাবির সাথে সাথে, শব্দ, সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত এবং ফটোডিটেক্টরগুলির সমতুল্য শব্দ শক্তির প্রয়োজনীয়তাও ক্রমশ বৃদ্ধি পাচ্ছে।