شاٹ شور: سرکٹ، ورکنگ، بمقابلہ جانسن شور اور امپلس شور اور اس کے اطلاقات

شاٹ شور کو سب سے پہلے جرمن ماہر طبیعیات 'والٹر شوٹکی' نے تیار کیا تھا جس نے الیکٹران اور آئن کے اخراج کے نظریہ کی توسیع میں اہم کردار ادا کیا تھا۔ تھرمیونک والوز یا ویکیوم ٹیوبوں پر کام کرتے ہوئے، اس نے دیکھا کہ جب شور کے تمام بیرونی ذرائع کو ہٹا دیا گیا تھا تب بھی دو قسم کے شور باقی رہ گئے تھے۔ ایک اس نے طے کیا کہ درجہ حرارت کا نتیجہ تھا جسے تھرمل شور کہا جاتا ہے جبکہ باقی ایک شاٹ شور ہے۔ میں برقی سرکٹس ، شور کے ذرائع کی مختلف قسمیں ہیں جیسے جانسن/ تھرمل شور، شاٹ نوائز، 1/f شور، یا پنک/ فلکر شور۔ یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے۔ شاٹ شور - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

شاٹ شور کیا ہے؟

برقی چارج کی مجرد نوعیت سے پیدا ہونے والے الیکٹرانک شور کی ایک قسم کو شاٹ شور کہا جاتا ہے۔ الیکٹرانک سرکٹس میں، اس شور میں DC کرنٹ میں بے ترتیب اتار چڑھاؤ ہوتا ہے کیونکہ اصل میں کرنٹ میں الیکٹران کا بہاؤ ہوتا ہے۔ یہ شور بنیادی طور پر نمایاں ہے۔ سیمی کنڈکٹر آلات جیسے Schottky بیریئر diodes، PN جنکشن، اور ٹنل جنکشن۔ تھرمل شور کی طرح نہیں، یہ شور بنیادی طور پر کرنٹ کے بہاؤ پر منحصر ہوتا ہے اور یہ PN ٹنلنگ جنکشن ڈیوائسز میں زیادہ واضح ہوتا ہے۔

شاٹ شور انتہائی چھوٹے دھاروں کے ساتھ اہم ہوتا ہے بنیادی طور پر جب مختصر وقت کے پیمانے پر پیمائش کی جاتی ہے۔ یہ شور خاص طور پر نمایاں ہوتا ہے جب بھی موجودہ سطح زیادہ نہ ہو۔ تو یہ بنیادی طور پر شماریاتی موجودہ بہاؤ کی وجہ سے ہے۔

شاٹ شور سرکٹ

فوٹو اسمبلی سرکٹ کے ساتھ شاٹ شور تجرباتی سیٹ اپ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اس سیٹ اپ میں متغیر شدت والا لائٹ بلب اور فوٹوڈیوڈ جو ایک سادہ سرکٹ سے جڑے ہوئے ہیں۔ مندرجہ ذیل سرکٹ میں، ملٹی میٹر کا استعمال آر ایف ریزسٹر میں وولٹیج کی سپلائی کی پیمائش کے لیے کیا جاتا ہے جو فوٹو سرکٹ کے ساتھ سیریز میں جڑا ہوا ہے۔

سرکٹ میں ایک سوئچ اس بات کا انتخاب کرتا ہے کہ آیا فوٹو کرنٹ (یا) انشانکن سگنل باقی سرکٹ کو دیا جا سکتا ہے۔ op-amp جو دائیں طرف ہے ریزسٹر کے ساتھ متوازی طور پر جڑا ہوا ہے جس کی وجہ سے شاٹ نوائس اسمبلی باکس کو تقریباً دس گنا فائدہ ہوتا ہے۔

oscilloscope کو ڈیجیٹل طور پر نتیجے میں شور کے سگنل کو شامل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ فائن کریو کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے ایک فنکشن جنریٹر کو ایٹینیویٹر کے ساتھ سیریز میں استعمال کیا جاتا ہے۔ یہاں، ہم نے ایک فنکشن جنریٹر کا استعمال کرتے ہوئے ایک کم سائنوسائیڈل سگنل کے ذریعے پیمائش کی زنجیر کی بہت محتاط انشانکن کے ساتھ شاٹ شور کا تجربہ شروع کیا۔ فائدہ ریکارڈ کیا جاتا ہے (g(f) = Vout(f)/Vin(f))۔

اس تجربے کے دوران، ہم نے شور کے RMS وولٹیج کو آسانی سے ریکارڈ کیا جو کہ روشنی فوٹو سرکٹ VF کے اندر 8 مختلف وولٹیجز کے لیے oscilloscope کے ذریعے 20 بار ماپا جاتا ہے۔ اس کے بعد، ہم نے فوٹو سرکٹ کو توڑا اور پس منظر میں شور کی سطح کو ریکارڈ کیا۔

اس سرکٹ میں، جس شور کی پیمائش کی جاتی ہے اسے آسیلوسکوپ کے استعمال کردہ انضمام کے وقت کے لحاظ سے تھوڑا سا تبدیل کیا جا سکتا ہے، تاہم، یہ 0.1% غیر یقینی صورتحال کے حکم پر ہے اور ہم اسے نظر انداز کر سکتے ہیں، کیونکہ اس کی وجہ سے پیدا ہونے والی غیر یقینی صورتحال کے ذریعے غلبہ حاصل کیا جاتا ہے۔ وولٹیج کے اندر بے ترتیب اتار چڑھاؤ۔

شاٹ شور کرنٹ فارمولہ

شاٹ شور اس وقت ہوتا ہے جب پورے a میں کرنٹ کا بہاؤ ہوتا ہے۔ پی این جنکشن . پر مختلف جنکشن موجود ہیں۔ انٹیگریٹڈ سرکٹس . بیریئر کراسنگ محض بے ترتیب ہے اور پیدا ہونے والا DC کرنٹ مختلف بے ترتیب ابتدائی کرنٹ سگنلز کا مجموعہ ہے۔ یہ شور تمام تعدد کے اوپر مستحکم ہے۔ شاٹ شور کرنٹ فارمولہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

میں = √2qIΔf

کہاں،

'q' ایک الیکٹران پر چارج ہے جو 1.6 × 10-19 کولمبس کے برابر ہے۔

'I' پورے جنکشن میں کرنٹ کا بہاؤ ہے۔

'Δf' ہرٹز میں بینڈوتھ ہے۔

فرق B/W شاٹ شور، جانسن شور اور امپلس شور

شاٹ شور، جانسن شور، اور تسلسل شور کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث آیا ہے۔

فائدے اور نقصانات

دی شاٹ شور کے فوائد مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• اعلی تعدد پر شاٹ شور ٹیریسٹریل ڈیٹیکٹرز کے لیے محدود شور ہے۔
• یہ شور محض دیگر تجرباتی طریقوں سے ہٹ کر بنیادی جسمانی عمل کے بارے میں قیمتی معلومات فراہم کرتا ہے۔
• چونکہ سگنل کی طاقت زیادہ تیزی سے بڑھ جاتی ہے، اس لیے شاٹ شور کا رشتہ دار تناسب کم ہو جاتا ہے اور S/N تناسب بڑھ جاتا ہے۔

دی شاٹ شور کے نقصانات مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• یہ شور صرف فوٹوڈیوڈ پر پائے جانے والے فوٹونز کی تعداد میں اتار چڑھاو کی وجہ سے ہوتا ہے۔
• اسے ٹنل جنکشن کے ذریعے بننے والے کم پاس فلٹر (LPF) کی وجہ سے سگنل کے نقصان کی تلافی کے لیے پیمائش کے بعد کے ڈیٹا میں ترمیم کی ضرورت ہے۔
• یہ کوانٹم محدود شدت کا شور ہے۔ مختلف لیزر شاٹ شور کے بہت قریب ہوتے ہیں، کم از کم ہائی شور فریکوئنسی کے لیے۔

درخواستیں

دی شاٹ شور کی ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• یہ شور بنیادی طور پر سیمی کنڈکٹر ڈیوائسز جیسے PN جنکشن، ٹنل جنکشن، اور Schottky بیریئر ڈائیوڈس میں نظر آتا ہے۔
• یہ بنیادی طبیعیات، نظری پتہ لگانے، الیکٹرانکس، ٹیلی کمیونیکیشن وغیرہ میں اہم ہے۔
• اس قسم کے شور کا سامنا الیکٹرانک اور آر ایف سرکٹس میں دانے دار کرنٹ فطرت کے اثر کے طور پر ہوتا ہے۔
• یہ شور بہت کم طاقت والے نظام میں بہت اہمیت رکھتا ہے۔
• یہ شور کوانٹائزڈ چارج کی نوعیت اور پورے pn-جنکشن میں انفرادی کیریئر انجیکشن سے منسلک ہے۔
• اس شور کو صرف توازن میں کرنٹ کے اتار چڑھاو سے ممتاز کیا جاتا ہے جو بغیر کسی وولٹیج کے اور کرنٹ کے کسی عام بہاؤ کے بغیر ہوتا ہے۔
• شاٹ شور برقی کرنٹ کے اندر وقت پر منحصر اتار چڑھاؤ ہے جو الیکٹران چارج کی صریحیت کی وجہ سے ہوتا ہے۔

س)۔ شاٹ شور کو سفید شور کیوں کہا جاتا ہے؟

اے)۔ اس شور کو اکثر وائٹ شور کے نام سے جانا جاتا ہے کیونکہ اس میں مسلسل سپیکٹرل کثافت ہوتی ہے۔ سفید شور کی اہم مثالیں شاٹ شور اور تھرمل شور ہیں۔

س)۔ مواصلات میں شور کا عنصر کیا ہے؟

یہ ایک آلہ کے اندر S/N تناسب کے انحطاط کا پیمانہ ہے۔ لہذا، یہ آؤٹ پٹ پر i/p اور S/N تناسب پر S/N تناسب کا تناسب ہے۔

س)۔ فوٹو ڈیٹیکٹر میں شاٹ شور کیا ہے؟

اے)۔ آپٹیکل ہوموڈین کی کھوج میں فوٹو ڈیٹیکٹر کے اندر شاٹ شور کو یا تو کوانٹائزڈ برقی مقناطیسی فیلڈ کے صفر پوائنٹ اتار چڑھاؤ سے منسوب کیا جاتا ہے، بصورت دیگر فوٹوون جذب کرنے کے طریقہ کار کی الگ نوعیت سے۔

س)۔ شاٹ شور کی پیمائش کیسے کی جاتی ہے؟

اے)۔ اس شور کو اس طرح کا استعمال کرتے ہوئے ماپا جاتا ہے جیسے شاٹ شور = 10 لاگ (2hν/P) dBc/Hz میں)۔ dBc کے اندر 'c' سگنل کی نسبت ہے، اس طرح ہم dBm/Hz کے اندر شاٹ شور پاور حاصل کرنے کے لیے سگنل پاور 'P' کے ذریعے ضرب لگاتے ہیں۔

س)۔ آپ شاٹ شور کو کیسے کم کرتے ہیں؟

کی طرف سے اس شور کو کم کیا جا سکتا ہے

1. سگنل کی طاقت میں اضافہ: سسٹم میں کرنٹ کی مقدار میں اضافہ شاٹ شور کی نسبتہ شراکت کو کم کر دے گا۔
2. سگنل کا اوسط: ایک ہی سگنل کی متعدد پیمائشوں کا اوسط کرنے سے شاٹ شور کم ہو جائے گا، کیونکہ شور وقت کے ساتھ ساتھ اوسطاً کم ہو جائے گا۔
3. شور کے فلٹرز کو لاگو کرنا: فلٹرز جیسے کم پاس فلٹرز کو سگنل سے زیادہ فریکوئنسی شور کے اجزاء کو ہٹانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
4. درجہ حرارت کو کم کرنا: نظام کا درجہ حرارت بڑھنے سے تھرمل شور کی مقدار میں اضافہ ہوگا، جس سے شاٹ شور نسبتاً کم اہم ہوگا۔
5. صحیح ڈٹیکٹر کا انتخاب: ایک بڑے فعال علاقے یا زیادہ الیکٹران جمع کرنے کی کارکردگی کے ساتھ ڈٹیکٹر کا استعمال شاٹ شور کے اثرات کو کم کر سکتا ہے۔

اس طرح، یہ ہے شاٹ شور کا ایک جائزہ اور اس کی ایپلی کیشنز۔ عام طور پر، یہ شور اس وقت ہوتا ہے جب بھی وولٹیج کا فرق یا ممکنہ رکاوٹ ہو۔ ایک بار جب چارج کیریئر جیسے سوراخ اور الیکٹران رکاوٹ کو عبور کرتے ہیں، تو یہ شور پیدا ہوسکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ٹرانزسٹر، ایک ڈائیوڈ اور ایک ویکیوم ٹیوب سبھی شاٹ شور پیدا کریں گے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، شور کیا ہے؟