Le bruit de tir a été développé pour la première fois par le physicien allemand nommé 'Walter Schottky' qui a joué un rôle principal dans l'expansion de la théorie de l'émission d'électrons et d'ions. Alors qu'il travaillait sur des vannes thermioniques ou des tubes à vide, il a observé que même lorsque toutes les sources de bruit externes avaient été supprimées, deux types de bruit subsistaient. Celui qu'il a déterminé était un résultat de la température qui est connu sous le nom de bruit thermique tandis que le reste est un bruit de tir. Dans circuits électriques , il existe différents types de sources de bruit comme le bruit johnson/thermique, le bruit de grenaille, le bruit 1/f ou le bruit rose/scintillement. Cet article donne un aperçu d'un bruit de tir – travailler avec des applications.

Qu'est-ce que le bruit de tir ?

Un type de bruit électronique créé à partir de la nature discrète de la charge électrique est connu sous le nom de bruit de grenaille. Dans les circuits électroniques, ce bruit a des fluctuations aléatoires dans un courant continu car en réalité le courant a un flux d'électrons. Ce bruit est perceptible principalement dans dispositifs semi-conducteurs comme les diodes à barrière Schottky, les jonctions PN et les jonctions tunnel. Contrairement au bruit thermique, ce bruit dépend principalement du flux de courant et il est plus évident dans les dispositifs de jonction à effet tunnel PN.

Le bruit de grenaille est important avec des courants extrêmement faibles, principalement lors de mesures sur de courtes échelles de temps. Ce bruit est particulièrement perceptible lorsque les niveaux de courant ne sont pas élevés. Cela est donc principalement dû au flux de courant statistique.

Circuit de bruit de tir

La configuration expérimentale du bruit de tir avec un circuit de montage photo est illustrée ci-dessous. Cette configuration comprend une ampoule à intensité variable et photodiode qui sont connectés à un circuit simple. Dans le circuit suivant, le multimètre est utilisé pour mesurer la tension d'alimentation à travers une résistance RF qui est connectée en série avec le photocircuit.

Un interrupteur dans le circuit choisit si le photocourant (ou) le signal d'étalonnage peut être transmis au reste du circuit. L'ampli-op qui se trouve sur le côté droit est connecté en parallèle avec la résistance, ce qui fait que le boîtier d'assemblage du bruit de tir a un gain environ dix fois supérieur.

Circuit de bruit de tir

L'oscilloscope est utilisé pour incorporer numériquement le signal de bruit résultant. Un générateur de fonctions est utilisé en série avec un atténuateur pour régler la courbe de gain. Ici, nous avons commencé l'expérience de bruit de tir avec un étalonnage très minutieux de la chaîne de mesure à travers un signal sinusoïdal atténué à l'aide d'un générateur de fonctions. Le gain est enregistré (g(f) = Vout(f)/Vin(f)).

Au cours de cette expérience, nous avons simplement enregistré la tension RMS du bruit qui est mesurée par l'oscilloscope 20 fois pour 8 tensions différentes au sein du photocircuit lumineux VF. Après cela, nous avons cassé le circuit photo et enregistré le niveau de bruit en arrière-plan.

Dans ce circuit, le bruit qui est mesuré peut être légèrement modifié en fonction du temps d'intégration utilisé par l'oscilloscope, cependant, il est de l'ordre de 0,1 % d'incertitude et nous pouvons l'ignorer, car il est dominé par l'incertitude causée par fluctuations aléatoires dans la tension.

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Formule de courant de bruit de grenaille

Le bruit de grenaille se produit lorsque le courant circule dans un Jonction PN . Diverses jonctions sont présentes sur circuits intégrés . Le franchissement de barrière est simplement aléatoire et le courant continu produit est la somme de divers signaux de courant élémentaires aléatoires. Ce bruit est stable sur toutes les fréquences. La formule du courant de bruit de grenaille est indiquée ci-dessous.

In = √2qIΔf

Où,

‘q’ est la charge d'un électron qui équivaut à 1,6 × 10-19 coulombs.

« I » est le flux de courant à travers la jonction.

‘Δf’ est la bande passante en Hertz.

Différence B/W Shot Noise, Johnson Noise & Impulse Noise

La différence entre le bruit de tir, le bruit de Johnson et le bruit d'impulsion est discutée ci-dessous.

Bruit de tir	Bruit Johnson	Bruit impulsif
Le bruit qui se produit en raison de la nature discrète des charges transportées à travers les électrons/trous est connu sous le nom de bruit de grenaille.	Le bruit généré par l'agitation thermique des porteurs de charge est appelé bruit de Johnson.	Le bruit qui contient un son aigu et rapide, sinon un coup rapide de durée de tir comme un coup de feu, est connu sous le nom de bruit impulsif.
Ce bruit est également appelé bruit quantique.	Le bruit de Johnson est également appelé bruit de Nyquist/bruit thermique.	Le bruit impulsionnel est également appelé bruit de salve.
Ce bruit est indépendant de la fréquence et de la température.	Ce bruit est proportionnel à la température.	Ceci n'est pas dépendant de la température.
Ce bruit se produit principalement dans le comptage de photons au sein de dispositifs optiques, partout où ce bruit est associé à la nature particulaire du faisceau.	Le bruit thermique se produit principalement par le mouvement aléatoire des électrons libres dans un conducteur qui résulte de l'agitation thermique.	Le bruit impulsif se produit principalement lors d'orages et de transitoires de tension via des systèmes de commutation électromécaniques.

Avantages et inconvénients

Le avantages du bruit de tir inclure les éléments suivants.

Le bruit de grenaille aux hautes fréquences est le bruit limite pour les détecteurs terrestres.
Ce bruit fournit simplement des informations précieuses sur les processus physiques de base au-delà d'autres méthodes expérimentales.
Étant donné que la force du signal s'améliore plus rapidement, la proportion relative de bruit de tir diminue et le rapport S/N augmente.

Le inconvénients du bruit de tir inclure les éléments suivants.

Ce bruit est simplement causé par les fluctuations du nombre de photons détectés au niveau de la photodiode.
Il nécessite une modification des données post-mesure pour compenser la perte de signal due au filtre passe-bas (LPF) formé à travers la jonction tunnel.
Il s'agit d'un bruit d'intensité limitée quantique. Divers lasers sont très proches du bruit de tir, au minimum pour les fréquences à bruit élevé.

Applications

Le applications du bruit de grenaille inclure les éléments suivants.

Ce bruit est principalement visible dans les dispositifs à semi-conducteurs tels que les jonctions PN, les jonctions tunnel et les diodes à barrière Schottky.
Il est important en physique fondamentale, en détection optique, en électronique, en télécommunications, etc.
Ce type de bruit est rencontré dans les circuits électroniques et RF en raison de la nature granulaire du courant.
Ce bruit est très significatif dans un système à très faible puissance.
Ce bruit est corrélé à la nature de la charge quantifiée et à l'injection de porteurs individuels dans la jonction pn.
Ce bruit se distingue simplement des fluctuations de courant en équilibre qui se produisent sans aucune tension appliquée et sans aucun flux de courant normal.
Le bruit de tir est les fluctuations dépendant du temps dans le courant électrique qui sont causées par la discrétion de la charge des électrons.

Q). Pourquoi le bruit de tir est-il appelé bruit blanc ?

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UN). Ce bruit est souvent appelé bruit blanc car il a une densité spectrale constante. Les principaux exemples de bruit blanc sont le bruit de tir et le bruit thermique.

Q). Qu'est-ce que le facteur de bruit dans la communication ?

C'est la mesure de la dégradation du rapport signal/bruit au sein d'un appareil. C'est donc le rapport du rapport S/N à l'i/p au rapport S/N à la sortie.

Q). Qu'est-ce que le bruit de tir dans le photodétecteur ?

UN). Le bruit de grenaille à l'intérieur du photodétecteur lors de la détection de l'homodyne optique est attribué soit aux fluctuations du point zéro du champ électromagnétique quantifié, soit à la nature distincte de la procédure d'absorption des photons.

Q). Comment le bruit de tir est-il mesuré ?

UN). Ce bruit est mesuré en utilisant ceci comme un bruit de grenaille = 10 log(2hν/P) en dBc/Hz). Le « c » dans dBc est relatif au signal, nous multiplions donc par la puissance du signal « P » pour obtenir la puissance du bruit de grenaille dans les dBm/Hz.

Q). Comment réduire le bruit de tir ?

Ce bruit peut être réduit en

Augmentation de la force du signal : l'augmentation de la quantité de courant dans le système réduira la contribution relative du bruit de grenaille.
Calcul de la moyenne du signal : le calcul de la moyenne de plusieurs mesures du même signal réduira le bruit de grenaille, car le bruit sera moyenné au fil du temps.
Implémentation de filtres de bruit : des filtres tels que des filtres passe-bas peuvent être utilisés pour supprimer les composants de bruit haute fréquence du signal.
Réduction de la température : l'augmentation de la température du système augmentera la quantité de bruit thermique, ce qui rendra le bruit de grenaille relativement moins important.
Choisir le bon détecteur : L'utilisation d'un détecteur avec une plus grande surface active ou une plus grande efficacité de collecte d'électrons peut réduire l'impact du bruit de grenaille.

Ainsi, ceci est un aperçu du bruit de tir et ses applications. Habituellement, ce bruit se produit chaque fois qu'il y a un différentiel de tension ou une barrière de potentiel. Une fois que les porteurs de charge comme les trous et les électrons traversent la barrière, ce bruit peut être généré. Par exemple, un transistor, une diode et un tube à vide généreront tous un bruit de grenaille. Voici une question pour vous, qu'est-ce que le bruit?