Зубарев Ю.Б. Телевизионная техника (1994) (1143038), страница 36
Текст из файла (страница 36)
е. хаотического отклонения его значения от определяемого характером передаваемой сцены. Наличие шумов в сигнале изображения нарушает подобие между ТВ изображением и передаваемой сценой, т. е. приводит к ухудшению качества воспроизведения. По происхождению шумы разделяют на несколько групп. Дробовые шума4 — следствие хаотичности эмиссионных процессов испускания электро. нов, происходящих в термо-, фото и вторично-электрон. ных эмиттерах и катодах.
Спектральная плотность таких шумов не зависит от частоты, а эффективное их значение пропорционально корню квадратному из частоты. Известная формула Шотки устанавливает следующую зависимость среднего значения квадрата флуктуаций тока, вызванных дробовым эффектом от тока сигнала 1,:Ткр' — — 214еб/, где е — заряд электрона, А/— полоса частот. К дробовым шумам относится также фотонный шум падающего на преобразователь потока фотонов, соответствующих данному участку светового поля, который необходимо учитывать в преобразователях, содержащих электронно-оптический преобразователь (в суперкремниконах, секонах), а также в твердотельных преобразователях с внутренним фотоэффектом, например ФППЗ.
Флуктуации в потоке фотонов в первом приближении подчиняются распределению Пуассона, поэтому среднеквадратическое значение флуктуаций числа фотонов па, отнесенное к единице площади: .,= Ул-"= У'=.. В суперортиконах, в которых для усиления сигнала используют вторично-электронные умножители, среднеквадратическое значение флуктуаций тока сигнала иа выхоле Умножитела Ххрх=214еб/о/о — 1о', гДе о— коэффициент вторичной эмиссии каждого каскада умно- жителя. Ток 1, определяется током пучка трубки попадающего на первый каскад умножителя, а о коэффициент усиления умножителя; т — число каскадов умножителя.
Тепловой шум, возникающий на резисторе нагрузки преобразователя, нужно учитывать при подсчете суммарного шума. Зависимость среднеквадратического значения флуктуаций напряжения в полосе частот А/ от температуры Т, сопротивления в нагрузочной цепи /Т устанавливается формулой Найкаиста; ртх=42ТД/4/, где 2=1,38.10™ Дж/град — постоянная Больцмана; Й вЂ” активная составляющая комплексного сопротивления входной цени. В полупроводниках шумом, аналогичном дробовому, является генерационно-рекомбикоциоккь4й шум. В ннх также наблюдаются тепловые шумы.
Экспериментом установлен квадрат полного шумового тока в полупроводнике Гйа/н 2414 42Т1 4 = — + 1.+Н бу, Р ~.—,> 1 ' где йь йь (ь а и 5 — постоянные, определяемые экспериментально; ()=1, а=2. В спектре шума полупроводника харашо различимы три характерные области частот. В первой доминирующим является токовый шум. Начиная с некоторой частоты, он оказывается меньшим, чем генерацноннорекомбинационный шум, и последний остается определяющим вплоть до частот, при которых он существенно уменьшается. Выше этих частот остается лишь тепловой шум, обычно существенно меньший, чем токовый шум в первой области или генерационно-рекомбинационный шум в первой и второй.
Соотношение этих составляющих шумов существенно различно для разных материалов. Например, в антимониде индия уже при комнатной температуре тепловой шум преобладает на всех частотах. В большинстве случаев в области низких частот наиболее серьезные ограничения использования полупроводников вносит токовый шум. Токовый шум или, как его иногда называют, 1/)- шум, фликкер — шум, шум контактов или избыточный имеет несколько источников. Название 1/1-шум связано с тем, что спектральная плотность его энергии изменяется в зависимости от частоты как )() ", где и=0,8 ...
..1,2. Эту зависимость наблюдают при понижении частоты до значений порядка 10-' Гц. Анализ работы в ТВ аппаратуре показывает, что чувствительность преобразователей свет-сигнал определяется типом преобразователя и характеристиками входных цепей усилителей. В суперортиконе основной вклад в шумы преобразователя вносят флуктуации считывающего тока луча и процесс вторично-электронного умножителя. Особенность данных трубок — возрастание уровня шумов на темных участках изображения по сравнению со светлыми. Для видеотракта с этими преобразователями ОСШ практически не зависит от шумов предварительного усилителя. Она определяется шумами трубки и достигает значений 40 ... 70.
Супернконоскоп характеризуется более высоким значением ОСШ,примерно 100. На выходе камерного канала ОСШ определяется шумами предварительного усилителя, в котором применяют глубокую противошумовую коррекцию. Собственные шумы видикона ничтожно малы по сравнению с собственными шумами предварительного усилителя.
В полосе 7,8 МГц значение ОСШ достигает 200. В результате ОСШ ТВ камеры на видиконе полностью определяется собственными шумами входной цепи предварительного усилителя. Плюмбикоиы, как и видиконы, обладают высоким значением ОСШ (примерно 200) и характеризуются малым уровнем (менее 5 10 — ' мкА) и неравномерностью темнового тока (не более 1'(з), что предопределило их использование в высококачественных ТВ камерах. Низким уровнем собственных шумов характеризуются также трубки с докоммутационным усилением и кремниевой мишенью. Например, на выходе камерного канала на суперкремниконе при освещенности на мишени трубки 10 †лк значение ОСШ достигает 100.
На работу преобразователей изображения на ФППЗ существенно влияют их специфические шумы. Эта шумы, связанные с неоднородностью темпового тока и чувствительностью элементов преобразователя, а также флуктуацнонные. К флуктуациониым шумам помимо дробовых шумов фотогенерврованных носителей заряда, образованных источником сигнала, относятся шумы темиового тока, фонового заряда, минимально необходимого для эффективного переноса зарядов, шумы процесса переноса пакетов заряда, а также шумы входного и выходного устройств ФППЗ.
Среднеквадратическое значение шумов фотогеиериравиниых носителей заряда, образованных под действием источника излучения, определяются средним числом их шумовых электронов (фоновой заряд) Л'ф= У~из (2.2.13) где Лг, — число фотаэлектронов, накопленных элеиен 6 — 4929 том ФППЗ за время интегрирования.
Если Л(„=10з эл., то в соответствии с (2.2.13) 514=1000 эл. Для уменьшения потерь, возникающих в процессе переноса заряда, связанных с захватом носителей на быстрых поверхностных состояниях, в ФППЗ часто вводят определенный (около 1О",з сигнального заряда) фоновый заряд оптическим, тепловым или электрическим способом, что приводит к появлению шумов фонового заряда. Наличие оптического и теплового ввода фонового заряда приводит к появлению дробовых шумов оптического Ле, и тепловога ЛТе „ значения которые можно определить по формулам, аналогичным фотонному глуму источников излучения: Уел= 7 Лго„, Лгф,= 'ггУ,„где Л'„, и ЛГт— число носителей в фоновом заряде, приходящемся на один пакет, для оптического и теплового вводов соответственно. Если Лг...=У,= 10', то по (2.2.56) находим ЛТе,=ЛГе,=3!6 эл, на зарядовый пакет.
Достаточно часто фоновый заряд вводят электрическим способом с помощью р — и-перехода. Наличие теплового шума на сопротивлении входной цепи приводит к тому, что заряды из диффузионного потока в потенциальную яму инжектируются случайно. Это вызывает шум электрического ввода фонового заряда. Среднеквадратическое значение этого шума, выраженное числом шумовых электронов Ое „ связано с емкостью входной потенциальной ямы С„ выражением 1 Лгфз= ) иТСез 'Т где а=!,6 10 'з Ки — заряд электрона. Для комнатной температуры (7=295 К) можно написать ЛГе,=400 )гСем где С„выражается в иикафарадах.
При С,к=0,01 пФ ЛТ4.,=40 эл. на зарядовый пакет. Таним образом, заданный электрический ввод фонового заряда приводит к меньшим шумам по сравнению с оптическим или тепловым вводом. Шум выходного устройства включает в себя шумы установки потенциала узла детектирования и шумы полевого транзистора первого каскада предварительного усилителя: 1 М,=-"У вЂ” йтс,, Лгу= — С,е УЛТ, где Са — полная емкость узла детектирования, включающая емкости плавающей диффузионной области и затвора полевого транзистора; з, — эквивалентное шумовое напряжение полевого транзистора.
При типовых значения Сх=0,5 пФ и ем=20 нВ/Гц шумы составляют соответственно Ага=160 и Лгт=60 эл. на заряда. вый пакет. Уменьшить шумы установки потенциала узла детектирования можно использованием усилителя с плавающим затвором или двойной коррелированной выборки. Темновой ток ФППЗ связан с тепловой генерацией электронно-дырочных пар и пропорционален времени накопления заряда, площади элемента, зависит от температуры преобразователя и темпа термической генерации носителей заряда, создаваемых рекомбинационно-генерационнымн центрами у поверхности и в объеме полупроводниковой подложки. Темновой ток сопровождается дробовыми шумами, называемыми шумами темиавого така кг у 1тАТз где ), — плотность темпового тока; А — площадь элемента Разложениа; Тч — вРемЯ накоплениЯ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
