A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Sörétzajnak azon zajokat nevezik, amelyek Poisson-folyamat eredményeképpen írhatók le. A nanoelektronika területén a sörétzajt gyakran Poisson-zajnak nevezik.[1]
A sörétzaj a rendszer egy jellemzőjének diszkrét jellegéből adódik. Elektronikában például abból, hogy az áramló elektronok képviselte töltésnek van alapegysége (az elemi töltés); az optikai eszközökben fellépő sörétzaj (pl. a kép egy bizonyos szemcsés jellege) pedig a fény fotonjainak részecsketermészetére mutat rá.
Jellemzői
Szemléltetés klasszikus példával
A sörétzaj jelensége egy klasszikus fizikai példával szemléltethető.[2] Tekintsünk egy hagyományos puskát, amelyből lövéseket adunk le úgy, hogy a lövések egymástól függetlenül történnek. Tegyük fel, hogy az egymást követő lövések közötti idő átlagos értéke . Egy adott idő alatt a lövések átlagos száma ennek megfelelően:
.
Ha a lövéseket ténylegesen elvégeznénk, azt látnánk, hogy rögzített -k esetén ez a szám az átlagérték körül fluktuál. A fluktuáció jellemzéséhez meg kellene határoznunk a szórást. Határozzuk meg, hogy mi a valószínűsége annak, hogy adott idő alatt N lövés történik! Ha tudjuk értékét (azaz annak a valószínűségét, hogy idő alatt N lövés történik), akkor megadható, hogy egy kicsit hosszabb idő alatt ez a valószínűség:
.
A fenti összefüggés azt fejezi ki, hogy az, hogy és utána egy kis alatt is N lövés történik, kétféleképpen történhet: alatt N-1 lövés történik, majd dt alatt 1, illetve alatt N és dt alatt 0. ( miatt tekintsünk el attól, hogy dt alatt két vagy több lövés is történhet). Emellett megjegyzendő, hogy a szorzások azért végezhetők el, mert feltételeztük, hogy a lövések egymástól függetlenül történnek.
A fenti egyenlet átrendezésével az alábbi összefüggést kapjuk:
.
Az egyenlet bal oldalán határátmenetben differenciálhányadost írva az alábbi differenciálegyenlethez jutunk:
.
Belátható, hogy a fenti differenciálegyenletet az alábbi megoldás kielégíti, amely másrészt az N várható értékű Poisson-eloszlás sűrűségfüggvénye:
.
Ezen eloszlás jellemzője, hogy a szórásnégyzete megegyezik a várható értékével, azaz:
.
A sörétzaj elnevezés is éppen ebből a puskagolyós analógiából származik.[2]
Elektronika
Az elektromos vezetők sörétzaja abból adódik, hogy az áramot diszkrét töltéshordozók mozgása okozza, azaz az áramló közeg nem folytonos. Feltételezhető, hogy az elektronok egymástól függetlenül és véletlenszerűen jutnak át egyik elektródáról a másikra. Nézzük, hogy a gyakorlatban egy mérést hogyan befolyásolja az elektronok diszkrét jellege. Egy valós mérésben a vizsgálatot bizonyos időközönként tudjuk elvégezni. Tegyük fel, hogy a mintavételezési gyakoriság . Ha ez idő alatt N darab elektron halad át a vizsgált keresztmetszeten, akkor a mért elektromos áramerősség:
.
Tegyük fel, hogy a idő alatt áthaladó elektronok N száma a korábbi, puskalövéses példával analóg módon a Poisson-eloszlásnak felel meg. A mért áramerősség várható értéke ekkor:
.
Az elektronok számának várható értéke megegyezik a szórásnégyzetével, amiből felírható az áramerősség szórásnégyzete is:
.
Az áram sörétzajának gyakorlati jellemzésénél problémát jelent, hogy az áramerősség szórásnégyzetének kiszámításánál egy valódi mérésben nem vehetünk figyelembe bármilyen nagy frekvenciájú spektrális tagokat, ugyanis a időállandójú mérés a Nyquist–Shannon-kritérium értelmében legfeljebb az frekvenciájú spektrális komponenst képes felbontani. Az áramerősség szórásnégyzetét így a zaj spektrális sűrűségének csak az frekvenciáig vett integrálja adja meg:
,
amiből látható, hogy az áramerősség sörétzajának spektrális sűrűsége frekvenciafüggetlen, azaz az áram sörétzaja spektrális értelemben fehér zaj.[2]
Az egyes elektronok diszkrét mozgásának leírására a Poisson-eloszlás akkor kielégítő leírás, ha az elektronok mozgása egymástól független. A gyakorlatban ez vezetőkben csak kis töltésmennyiség mozgása esetén lép fel, míg sok elektron együttes áramlása esetén az elektronok kölcsönhatnak. Utóbbi esetben már nem mondható, hogy az elektronok diszkrét jellege fehérzaj-jellegű járulékot ad az áram szórásához.[2]
Optika
Az optikai eszközökben a fény által kiváltott jelenségek mérését is sörétzaj terhelheti, amely akkor lép fel, ha az adott eszközben a fény részecske jellegű viselkedése számottevő. Ekkor a diszkrét pillanatokban detektált egyedi fotonok is engedelmeskedhetnek a Poisson-eloszlásnak, ha egymástól függetlenül váltanak ki választ a detektorból. Például egy CCD kamera a fény gyűjtése során a tárgyról egymástól függetlenül érkező fotonokat érzékel és alakít fotoelektronná, így (jellemzően kis fotonszámú detektálásnál) a sörétzaj azt okozhatja, hogy az átlagos értéktől az egyes pixelek fényessége eltér. Ez a fluktuáció a kép szemcsés jellegét okozza. Ha a CCD fotondetektálási kvantumhatásfoka 1-nél kisebb, az tovább növelheti a sörétzajt.
A sörétzaj hatására a detektált fényintenzitás szórásnégyzete az intenzitással lesz arányos:
.
Története
Az első mérést, amiben a sörétzaj kimutatása és jellemzése volt a cél, Walter Schottky végezte, amely munkáról 1918-ban számolt be.[3] Kísérletében egy vákuumdióda anódáramát vizsgálta. A fűtött katódból kilépő elektronokat ebben az eszközben az anód és a katód közé kapcsolt feszültség gyorsítja az anód irányába. E kísérletben jó közelítéssel igaz, hogy az elektronok egymástól függetlenül lépnek ki, mozognak, majd csapódnak be, így Poisson-eloszlást feltételezve az elektron töltése és az áram fluktuációja is jól meghatározható.[2]
Jegyzetek
- ↑ Poisson zaj szerkesztőlap - Fizipedia. fizipedia.bme.hu. (Hozzáférés: 2020. március 26.)
- ↑ a b c d e A zaj mint jel - Fizipedia. fizipedia.bme.hu. (Hozzáférés: 2020. március 26.)
- ↑ W. Schottky. „Über spontane Stromschwankungen in verschiedenen Elektrizitätsleitern”. Annalen der Physik (362), 541-567. o. DOI:https://doi.org/10.1002/andp.19183622304.
Fordítás
Ez a szócikk részben vagy egészben a Shot noise című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Kapcsolódó szócikkek
- Termikus zaj
- Rózsaszín zaj (más néven 1/f zaj)
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Órajel
Óriás mágneses ellenállás
Összeadó (elektronika)
Üvegtörés-érzékelő
555-ös időzítő IC
Abszorpciós hullámmérő
Aktív ciklusidő
Aktív szűrő
Alkalmazásspecifikus integrált áramkör
Alkalmazásspecifikus standard termék
Amplitúdódiszkriminátor
Anód
Analóg-digitális átalakító
Analógia
Analóg elektromechanikus műszerek
Analóg műszerek közös szerkezeti elemei
Antennapolarizáció
Aránydetektor
Arduinome
ATmega328
ATmega88
Atmel AVR
Automatikus erősítésszabályozás
Automatikus frekvenciaszabályozás
Automatikus optikai vizsgálat
Bifiláris tekercs
Bionika
Bitszelet technika
Bode-diagram
CB-rádió
Dekatron
Demodulátor
Diódás demodulátor
Dielektromos abszorpció
Digital signage
Egyenáramú teljesítmény mérése
Egyfázisú váltakozó áramú teljesítmény mérése
Egylapkás rendszer
Elektródaszárító
Elektromos penetrációs görbe
Elektronika
Elemméretek listája
Elhangolt rezgőkörös demodulátor
Ellenállás–tranzisztor logika
Ellenütemű demodulátor
Erősítés
Erősítő
Erősítő áramkör
Fényorgona
Földelés
Fantomtáp
Felületszerelési technológia
Flip-flop (elektronika)
Flipflop (elektronika)
Fotoellenállás
Fotolitográfia
Glimmlámpa
GPS-vezérelt oszcillátor
Gyengeáram
Háromfázisú váltakozó áramú teljesítmény mérése
Hővezető lap
Hall-effektus
HP200A
HP200CD
Hullámvezető
IPS panel
Jósági tényező
Jitter
Közös módusú elnyomás
Kapacitás-feszültség mérés
Kapcsoló
Kapcsolóüzemű tápegység
Kaszkádgyorsító
Kibocsátókapcsolt logika
Kirchhoff-törvények
Koronakisülés
Kristálykályha
Kristályoszcillátor
Kvantálási zaj
Kvantálás (jelfeldolgozás)
Lítiumion-akkumulátor
Lokátor
Műveleti erősítő
Maradékfeszültség
Mechatronika
MEMS
Mikrochip (állatmegjelölés)
Mikroelektronika
Mikromat építőkészlet
Négypólusok
Negatív ellenállás
Nikkel-metál-hidrid akkumulátor
No Instruction Set Computing
Nyitásérzékelő
OLED-televízió
Oszcillátor
Package on package
PMR-rádió
PMR rádió
Programozható logikai mátrix
Rádió-vevőkészülék
Rövidre zárás
RAM
RC oszcillátorok
Rezgőkör
ROM
Sörétzaj
SAE800
SDR (Software-defined radio)
Shift regiszter
Sinc-szűrő
SINPO
SLAR
Sugárzott teljesítmény
Szabályozás
Szaggató
Szekvenciális logika
Szent Elmo tüze
Szerelőlap
Szerkesztő:Pegy22/Alkalmi
SZESAT
Szilárdtest relé
Szimmetrikus audiovonal
Szinkronizálás (elektrotechnika)
Tápvonal
Távirányító
Távközlési Kutató Intézet
Túlfeszültség
Tekercselt huzalkötés
Teljesítményelektronika
Tranzisztor–tranzisztor logika
Tranzisztoros demodulátor
Tranzisztoros rádió
Ultrakapacitás
V-chip
Varázsszem
Versenyhelyzet
Villamosmérnök
Volksempfänger
Walkman
Ward Leonard-rendszer
Wien-hidas oszcillátor
Zener-effektus
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.