نویز شات کیست؟ توضیح بده.
نویز شات یا نویز پواسون نوعی نویز است که می‌توان آن را با فرایند پواسون مدل‌سازی کرد.در الکترونیک نویز شات از ماهیت گسسته بار الکتریکی سرچشمه می‌گیرد. نویز شات همچنین در شمارش فوتون در دستگاه‌های نوری رخ می‌دهد، جایی که نویز شات با ماهیت ذره‌ای نور مرتبط است.مبدأ.مفهوم نویز شات اولین بار در سال ۱۹۱۸ توسط والتر شاتکی که نوسانات جریان در لامپ‌های خلاء را مورد مطالعه قرار داد معرفی شد.سیگنال به نویز.برای اعداد بزرگ، توزیع پواسون به توزیع نرمال در مورد میانگین خود نزدیک می‌شود و رویدادهای بنیادی (فوتون‌ها، الکترون‌ها و غیره) دیگر به صورت جداگانه مشاهده نمی‌شوند، به‌طور معمول باعث می‌شود که نویز شات در مشاهدات واقعی از نویز گاوسی واقعی قابل تشخیص نباشد. از آنجایی که انحراف معیار نویز شات برابر با جذر میانگین تعداد رویدادها "N" است، نسبت سیگنال به نویز (SNR) به صورت زیر به‌دست می‌آید:بنابراین هنگامی که "N" بسیار بزرگ است، نسبت سیگنال به نویز نیز بسیار بزرگ است، و هر گونه نوسانات "نسبی" در "N" به دلیل منابع دیگر، به احتمال زیاد بر نویز شات غالب است. با این حال، زمانی که منبع نویز دیگر در یک سطح ثابت است، مانند نویز حرارتی، یا کندتر از formula_2، افزایش "N" (جریان DC یا سطح نور و غیره) می‌تواند منجر به تسلط نویز شات شود.ویژگی‌ها.افزاره‌های الکترونیکی.نویز شات در مدارهای الکترونیکی شامل نوسانات تصادفی جریان DC است که به دلیل جریان الکتریکی جاری از بارهای گسسته (الکترون) است. با این حال، از آنجایی که الکترون چنین بار کوچکی دارد، نویز شات در بسیاری از موارد (و نه همه) رسانش الکتریکی از اهمیت نسبی برخوردار است.با جریان‌های بسیار کم و در نظر گرفتن مقیاس‌های زمانی کوتاه‌تر (بنابراین پهنای‌باند وسیع تر) نویز شات می‌تواند قابل توجه باشد. برای مثال، یک مدار مایکروویو در مقیاس‌های زمانی کمتر از یک نانوثانیه کار می‌کند و اگر بخواهیم جریان ۱۶ نانوآمپر داشته باشیم که تنها ۱۰۰ الکترون در هر نانوثانیه عبور می‌کند. طبق آمار پواسون، تعداد "واقعی" الکترون‌ها در هر نانوثانیه ۱۰ الکترون rms تغییر می‌کند، به طوری که یک ششم مواقع کمتر از ۹۰ الکترون از یک نقطه عبور می‌کنند و یک ششم مواقع بیش از ۱۱۰ الکترون در یک نانوثانیه شمارش می‌شود. اکنون با این جریان کوچک که در این مقیاس زمانی مشاهده می‌شود، نویز شات به ۱/۱۰ جریان DC خود می‌رسد.نتیجه شاتکی، بر اساس این فرض که آمار عبور الکترون‌ها پواسونی است، برای چگالی نویز طیفی در فرکانس formula_3 می‌خواند.که اینجا formula_5 بار الکترون است و formula_6 میانگین جریان جاری الکترونی است. توان طیفی نویز مستقل از فرکانس است، به این معنی که نویز سفید است. این می‌تواند با فرمول لاندوئر ترکیب شود، که جریان متوسط را با مقادیر ویژه انتقال مرتبط می‌کند. formula_7 تماسی که از طریق آن جریان اندازه‌گیری می‌شود (formula_8 برچسب کانال‌های ترابری). در ساده‌ترین حالت، این مقادیر ویژه انتقال را می‌توان مستقل از انرژی در نظر گرفت و بنابراین فرمول لاندوئرکه اینجا formula_10 ولتاژ اعمال شده است. این فراهم می‌کندمعمولاً به عنوان مقدار پواسون نویز شات، formula_12 نامیده می‌شود. این یک نتیجه کلاسیک است به این معنا که الکترون‌ها از آمار فرمی دیراک پیروی نمی‌کنند. نتیجه صحیح آمار کوانتومی الکترون‌ها را در نظر می‌گیرد و می‌خواند (در دمای صفر)در دهه ۱۹۹۰ توسط ویکتور کولْس، گاردی لیسانیک (به‌طور مستقل مورد تک‌کاناله)، و مارکوس بوتیکر (مورد چندکاناله) به دست آمد. این نویز سفید است و همیشه با توجه به مقدار پواسون سرکوب می‌شود. درجه سرکوبِش، formula_14 ، به عامل فانو معروف است.اثرات متقابل.در حالی که این نتیجه زمانی است که الکترون‌های کمک‌کننده به جریان به‌طور کاملاً تصادفی و بدون تأثیر با یکدیگر رخ می‌دهند، موارد مهمی وجود دارد که در آن این نوسانات طبیعی به دلیل تجمع بار تا حد زیادی سرکوب می‌شوند. مثال قبلی را در نظر بگیرید که در آن به‌طور متوسط ۱۰۰ الکترون در هر نانوثانیه از نقطه A به نقطه B می‌روند. در طول نیمه اول یک نانوثانیه، انتظار داریم به‌طور متوسط ۵۰ الکترون به نقطه B برسند، اما در یک نیم نانوثانیه خاص ممکن است ۶۰ الکترون به آنجا برسد. این باعث ایجاد بار الکتریکی منفی‌تر در نقطه B نسبت به میانگین می‌شود، و این بار اضافی تمایل دارد جریان بیشتر الکترون‌ها را از نقطه ترک A در طول نیم نانوثانیه باقی‌مانده "دفع کند". بنابراین جریان خالص یکپارچه در طول یک نانوثانیه به جای نشان دادن نوسانات مورد انتظار (۱۰ الکترون rms) که ما محاسبه کردیم، تمایل بیشتری به ماندن در نزدیکی مقدار متوسط خود یعنی ۱۰۰ الکترون دارد. این مورد در سیم‌های فلزی معمولی و در مقاومت‌های فیلم فلزی است، که در آن نویز شات تقریباً به‌دلیل این پادهمبستگی بین حرکت تک‌تک الکترون‌ها که از طریق نیروی کولنی روی یکدیگر اثر می‌کنند، حذف می‌شود.با این حال، این کاهش در نویز شات زمانی اعمال نمی‌شود که جریان ناشی از رویدادهای تصادفی در یک سد پتانسیل است که تمام الکترون‌ها باید به دلیل یک تحریک تصادفی، مانند کُنش گرمایی، بر آن غلبه کنند. به عنوان مثال، این وضعیت در پیوند pn است. بنابراین یک دیود نیم‌رسانا معمولاً به عنوان منبع نویز با عبور جریان DC خاص از آن استفاده می‌شود.در موقعیت‌های دیگر، اندرکُنش‌ها می‌تواند منجر به افزایش نویز شات شود که نتیجه یک آمار ابرپواسونی است. به عنوان مثال، در یک دیود تونلی رزونانس، اندرکنش الکترواستاتیکی و چگالی حالات در چاه کوانتومی منجر به افزایش شدید نویز شات زمانی می‌شود که افزاره در ناحیه مقاومت تفاضلی منفی مشخصه‌های جریان-ولتاژ بایاس شود.از آنجایی که نویز شات یک فرایند پواسون به دلیل بار محدود یک الکترون است، می‌توان ریشه میانگین مربع نوسانات جریان را با یک بزرگی (اندازه) formula_15 محاسبه کرد.که در آن "q" بار بنیادی یک الکترون است، Δ"f" پهنای‌باند یک طرفه برحسب هرتز است که نویز روی آن در نظر گرفته می‌شود، و "I" جریان DC است که جریان دارد.برای جریان ۱۰۰ میلی‌آمپر، اندازه‌گیری نویز جریان در پهنای‌باند ۱ هرتز به دست می‌آوریماگر این جریان نویز از طریق یک مقاومت تغذیه شود، ولتاژ نویز برابر: formula_17 تولید خواهد شد. با تزویج کردن این نویز از طریق یک خازن، می‌توان قدرت نویز formula_18 را به یک بار تطبیق‌شده، تأمین کردhttps://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ea/Button_align_left.png