Disparo

Un ruido de disparo , ruido Schottky o ruido cuántico (en inglés, ruido de disparo ) es un ruido de fondo que puede modelarse mediante un proceso de Poisson .

En electrónica, se debe al hecho de que la corriente eléctrica no es continua, sino que está formada por portadores de carga elementales (generalmente electrones ). Este ruido también existe en la óptica para un flujo luminoso (formado por un conjunto de fotones).

Descripción

En el caso del ruido óptico, si contamos el número n de fotones emitidos por una fuente durante un tiempo T, podemos determinar el tiempo promedio 〈n〉. Al llamar r ( tasa ) el número promedio enviado por unidad de tiempo, tenemos:

〈N〉 = r T.

Considere un instante δ t muy corto tal que tengamos una baja probabilidad de tener la emisión de más de un fotón (δ t es por lo tanto del orden de 1 / r ). La duración de medición T comprende N intervalos de duración δ t , N = T / δ t .

Si denotamos por P (0, δ t ) la probabilidad de no emitir fotón en el intervalo δ t , y P (1, δ t ) la probabilidad de que se emita un fotón; obviamente tenemos

P (0, δ t ) + P (1, δ t ) = 1

P (1, δ t ) = r δ t = 〈n〉 / N.

Si asumimos que la emisión de un fotón durante el tiempo δ t no depende de las emisiones anteriores, entonces la probabilidad de contar n fotones en el intervalo de tiempo T viene dada por la distribución binomial:

{\ Displaystyle \ mathrm {P} (n) = \ mathrm {P} (1, \ delta t) ^ {n} \ left (1- \ mathrm {P} (1, \ delta t) \ right) ^ { \ mathrm {N} -n} {\ frac {\ mathrm {N}!} {n! (\ mathrm {N} -n)!}}.}

El límite cuando N tiende al infinito de P ( n ) es entonces la distribución de Poisson:

{\ Displaystyle \ lim _ {\ mathrm {N} \ to \ infty} \ mathrm {P} (n) = {\ frac {\ langle n \ rangle ^ {n}} {n!}} \ exp (- \ ángulo n \ rangle).}

En el caso del ruido electrónico, Albert Rose propone comprender el ruido de disparo mediante el siguiente cálculo:

Si medimos el número de portadores de carga pasados durante un intervalo de tiempo dado, tendremos un número promedio , $\ Delta t$ ${\ Displaystyle {\ bar {\ mathrm {N}}} = {\ frac {\ mathrm {I}} {e}} \ times \ Delta t}$

donde I denota la corriente promedio que fluye a través del componente, ye la carga elemental del electrón.

El número real de portadores medidos es aleatorio, porque los portadores no llegan regularmente sino en orden disperso con una probabilidad constante de I / e por unidad de tiempo. Esto significa que siguen una distribución de Poisson y, por tanto Var (N) = N .

La variación en I vale entonces:

{\ Displaystyle \ operatorname {Var} (\ mathrm {I}) = \ operatorname {Var} (\ mathrm {N}) \ times {\ frac {e ^ {2}} {\ Delta t ^ {2}}} = {\ bar {\ mathrm {N}}} {\ frac {e ^ {2}} {\ Delta t ^ {2}}} = {\ frac {\ mathrm {I} e} {\ Delta t}} }

Por tanto, este ruido es modelado por una fuente de corriente, colocada en paralelo con el componente ideal no ruidoso, y de densidad espectral de potencia . En la práctica, para calcular el ruido de disparo en una banda de frecuencia (el coeficiente 2 proviene del hecho de que en electrónica razonamos solo en frecuencias positivas), usamos la fórmula: ${\ Displaystyle \ mathrm {D} _ {\ mathrm {I}} = e \ mathrm {I}}$ $\ Delta f = 1/2 \ Delta t$

{\ Displaystyle \ langle i_ {n} ^ {2} \ rangle = 2e \ mathrm {I} \ Delta f}

Sin embargo, este modelo debe perfeccionarse en ciertos casos mediante la introducción de ciertos fenómenos de segundo orden, como:

difusión térmica: si es fuerte, el ruido se convierte en ruido térmico ; de hecho, existe una transición continua entre los dos tipos de ruido;
captura, eliminación y recombinación de portadoras, que pueden debilitar la intensidad del ruido de disparo y modificar su distribución espectral ( ruido de generación-recombinación o ruido GR);
la forma temporal de la contribución eléctrica de cada portadora (que no es necesariamente un pulso tipo Dirac ); este fenómeno significa que el ruido no es perfectamente blanco .

En electrónica, las principales fuentes de ruido de disparo son las uniones PN y Schottky que se encuentran en diodos , transistores bipolares y en las puertas de los transistores JFET .

Ver también

Vínculos internos

Notas

(en) Informe de aplicación de Texas Instruments slva043b: Análisis de ruido en circuitos de amplificadores operacionales (PDF)

Referencias

[PDF] P. Pouvil, “ Chapter 4: noise of grenaille ” , en www.clubeea.org (consultado el 4 de noviembre de 2014 )
Jean - Pierre Goure y Gérald Brun , " Ruido en medidas ópticas ", Técnicas de ingeniería , 10 de marzo de 2017.
(en) A. Rose , "Noise Currents" en Larach y Simon Van Nostrand (editores) Materiales y dispositivos fotoelectrónicos ,1965, p. 222–238.