صوت إطلاق النار

ينتج ضجيج الطلقات عندما يعبر التيار حاجز جهد مثل وصلة pn . ^{[ 2 ] [ 3 ]} يمكن استخدام ثنائي أشباه الموصلات كمصدر للضجيج عن طريق تمرير تيار مباشر معين من خلاله.

في بعض الحالات، قد تؤدي التفاعلات إلى زيادة ضوضاء الطلقات، وهي نتيجة لإحصاءات فوق بواسونية. على سبيل المثال، في ثنائي النفق الرنيني، يؤدي التفاعل بين التفاعل الكهروستاتيكي وكثافة الحالات في البئر الكمومي إلى زيادة كبيرة في ضوضاء الطلقات عندما يكون الجهاز منحازًا في منطقة المقاومة التفاضلية السالبة لخصائص التيار-الجهد. ^{[ 4 ]}

بما أن ضوضاء الطلقات هي عملية بواسون ، يمكن حساب متوسط ​​الجذر التربيعي لتقلب التيار على النحو التالي ^{[ 5 ]}

${\displaystyle \sigma _{i}={\sqrt {2qI\,\Delta f}}}$

حيث q هي الشحنة الأولية للإلكترون، و Δ f هو عرض النطاق أحادي الجانب بالهرتز الذي يتم فيه اعتبار الضوضاء، و I هو التيار المستمر المتدفق.

بالنسبة لتيار مقداره 100 مللي أمبير، وبقياس ضوضاء التيار على نطاق ترددي قدره 1  هرتز، نحصل على

${\displaystyle \sigma _{i}=0.18\,\mathrm {nA} \;.}$

إذا تم تمرير تيار الضوضاء هذا عبر مقاوم، فإن جهد الضوضاء سيكون

${\displaystyle \sigma _{v}=\sigma _{i}\,R}$

سيتم توليد هذا الضجيج. وبربط هذا الضجيج عبر مكثف، يمكن توفير قدرة ضجيج تبلغ

${\displaystyle P={\frac {1}{2}}qI\,\Delta fR.}$

إلى حمولة متطابقة.

تتكون ضوضاء الطلقات في الدوائر الإلكترونية من تقلبات عشوائية في التيار المستمر ، وهي ناتجة عن كون التيار الكهربائي عبارة عن تدفق شحنات منفصلة ( إلكترونات ). ونظرًا لأن الإلكترون يحمل شحنة ضئيلة للغاية، فإن ضوضاء الطلقات تُعتبر ضئيلة الأهمية نسبيًا في العديد من حالات التوصيل الكهربائي (وليس جميعها). على سبيل المثال، يتكون تيار شدته أمبير واحد من حوالي6.24 × 10¹⁸ ^{إلكترون} في الثانية؛ ورغم أن هذا العدد يتغير عشوائيًا بمليارات عدة في الثانية الواحدة، إلا أن هذا التذبذب ضئيل جدًا مقارنةً بالتيار نفسه. إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما يكون ضجيج الطلقات أقل أهميةً مقارنةً بمصدرين آخرين للضوضاء في الدوائر الإلكترونية، وهما ضجيج الوميض وضجيج جونسون-نايكويست . مع ذلك، فإن ضجيج الطلقات مستقل عن درجة الحرارة والتردد، على عكس ضجيج جونسون-نايكويست الذي يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة، وضجيج الوميض الذي تتناقص كثافته الطيفية مع ازدياد التردد. لذا، عند الترددات العالية ودرجات الحرارة المنخفضة، قد يصبح ضجيج الطلقات المصدر الرئيسي للضوضاء.

مع التيارات الصغيرة جدًا، وبالنظر إلى الأطر الزمنية القصيرة (وبالتالي نطاقات تردد أوسع)، يمكن أن يكون تشويش الطلقات كبيرًا. على سبيل المثال، تعمل دائرة الميكروويف على أطر زمنية أقل من نانوثانية ، وإذا كان لدينا تيار مقداره 16 نانوأمبير، فإن ذلك يعني مرور 100 إلكترون فقط كل نانوثانية. وفقًا لإحصاءات بواسون، يختلف العدد الفعلي للإلكترونات في أي نانوثانية بمقدار 10 إلكترونات ( قيمة جذر متوسط ​​المربعات)، بحيث يمر أقل من 90 إلكترونًا بنقطة ما في سدس الوقت، ويتم حساب أكثر من 110 إلكترونات في نانوثانية في سدس الوقت أيضًا. الآن، مع هذا التيار الصغير عند النظر إليه على هذا النطاق الزمني، فإن تشويش الطلقات يعادل عُشر التيار المستمر نفسه.

تُشير نتيجة شوتكي، القائمة على افتراض أن إحصائيات مرور الإلكترونات تتبع توزيع بواسون، إلى ^{[ 6 ]} لكثافة الضوضاء الطيفية عند التردد${\displaystyle f}$،

${\displaystyle S(f)=2e\vert I\vert \ ,}$

أين${\displaystyle e}$هي شحنة الإلكترون، و${\displaystyle I}$يمثل متوسط ​​تيار تيار الإلكترونات. القدرة الطيفية للضوضاء مستقلة عن التردد، مما يعني أن الضوضاء بيضاء . يمكن دمج ذلك مع صيغة لانداور ، التي تربط متوسط ​​التيار بقيم النقل الذاتية.${\displaystyle T_{n}}$من نقطة التلامس التي يتم من خلالها قياس التيار (${\displaystyle n}$( قنوات نقل العلامات ). في أبسط الحالات، يمكن اعتبار قيم النقل الذاتية هذه مستقلة عن الطاقة، وبالتالي فإن صيغة لانداور هي

${\displaystyle I={\frac {e^{2}}{\pi \hbar }}V\sum _{n}T_{n}\ ,}$

أين${\displaystyle V}$هو الجهد المطبق. وهذا يوفر

${\displaystyle S={\frac {2e^{3}}{\pi \hbar }}\vert V\vert \sum _{n}T_{n}\ ,}$

ويُشار إليها عادةً باسم قيمة بواسون لضوضاء الطلقة،${\displaystyle S_{P}}$هذه نتيجة كلاسيكية بمعنى أنها لا تأخذ في الحسبان أن الإلكترونات تخضع لإحصاءات فيرمي-ديراك . أما النتيجة الصحيحة فتأخذ في الحسبان الإحصاءات الكمومية للإلكترونات وتكون (عند درجة حرارة الصفر المطلق)

${\displaystyle S={\frac {2e^{3}}{\pi \hbar }}\vert V\vert \sum _{n}T_{n}(1-T_{n})\ .}$

تم الحصول عليه في التسعينيات من القرن الماضي بواسطة فيكتور خلوس ، وجوردي ليسوفيك (بشكل مستقل في حالة القناة الواحدة)، وماركوس بوتيكر (في حالة القنوات المتعددة). ^{[ 6 ]} هذا الضجيج أبيض اللون، ويتم كبحه دائمًا بالنسبة لقيمة بواسون. درجة الكبح،${\displaystyle F=S/S_{P}}$يُعرف هذا بعامل فانو . الضوضاء الناتجة عن قنوات النقل المختلفة مستقلة. مفتوحة بالكامل (${\displaystyle T_{n}=1}$) ومغلقة بالكامل (${\displaystyle T_{n}=0}$لا تنتج القنوات أي ضوضاء، لأنه لا توجد أي مخالفات في تدفق الإلكترونات.

عند درجة حرارة محدودة، يمكن كتابة تعبير مغلق للضوضاء أيضًا. ^{[ 6 ]} وهو يمثل وسيطًا بين ضوضاء الطلقات (درجة حرارة الصفر) وضوضاء نايكويست-جونسون (درجة حرارة عالية).

• تتميز وصلة النفق بانخفاض النقل في جميع قنوات النقل، وبالتالي فإن تدفق الإلكترون يكون بواسونيًا، وعامل فانو يساوي واحدًا.
• تتميز نقطة التلامس الكمومي بنقل مثالي في جميع القنوات المفتوحة، وبالتالي لا تُنتج أي ضوضاء، ويكون عامل فانو مساوياً للصفر. الاستثناء هو الفاصل بين المستويين، حيث تكون إحدى القنوات مفتوحة جزئياً وتُنتج ضوضاء.
• يبلغ معامل فانو لسلك معدني منتشر 1/3 بغض النظر عن الشكل الهندسي وتفاصيل المادة. ^{[ 7 ]}
• في غاز الإلكترونات ثنائي الأبعاد الذي يُظهر تأثير هول الكمي الكسري، يحمل التيار الكهربائي جسيمات شبه حقيقية تتحرك على حافة العينة، وشحنتها جزء نسبي من شحنة الإلكترون . وكان أول قياس مباشر لشحنتها من خلال ضوضاء الطلقات في التيار. ^{[ 8 ]}