Experimento de fototubo con amplificador operacional
Estoy trabajando en un experimento para encontrar la constante de Planck con un fototubo. Construí el siguiente circuito y apunté una luz LED al fototubo en una habitación oscura, pero tuve algunos problemas:
Cuando no hay condensador, la lectura del voltímetro era muy inestable (principalmente de 1V a 3V). Si estoy en lo cierto, la carga debería acumularse hasta que se alcance el voltaje de bloqueo del fototubo.
La reducción de la capacitancia (a 1uF y 0.1uF) dio nuevamente valores inestables. Además, con una pequeña capacitancia, la lectura del voltímetro aumentó significativamente cuando bajé la intensidad de la luz.
Cuando no hay luz incidente, el voltaje sigue leyendo alrededor de 500 mV sin el condensador.
¿Cuál es la falla en este circuito y cuáles son las causas de los problemas anteriores? El amplificador operacional que utilicé para el seguidor de voltaje es LMC6081 y funciona con una sola fuente. Soy completamente un principiante en circuitos eléctricos, así que espero que me expliquen los conceptos básicos.
Respuestas
No necesita un condensador separado.
De la descripción del laboratorio a la que vinculó:
El ánodo y el cátodo físicamente separados se comportan como la mitad de un condensador cilíndrico; la luz entrante actúa como una fuente de corriente para cargar este condensador (C) con electrones. La carga total (Q) y la diferencia de potencial en este capacitor se rigen por una ecuación fundamental de la electrostática: Q = CV.
El condensador es una parte inherente del fototubo. Su tarea es medir la carga acumulada entre la placa y la varilla del fototubo.
Esa será una capacitancia muy pequeña. Necesitará un amplificador operacional con una corriente de fuga muy baja en su entrada.
La corriente de carga será de unos pocos microamperios. Necesitará un amplificador operacional con una fuga mucho menor que esa.
Su LMC6081 parece satisfacer esa necesidad: tiene una impedancia de entrada en el rango de teraohmios y una fuga en el rango de picoamperios.
Para que esto funcione, necesitará una configuración diseñada para este tipo de cosas.
Sé que no estoy a la altura. He leído un poco sobre este tipo de cosas (medidas de impedancia extremadamente alta) y sé que no tengo las habilidades necesarias.
- En las impedancias con las que está tratando, una huella digital en la PCB puede actuar como una resistencia y estropear sus medidas.
- Muchas cosas que normalmente consideraría aislantes comienzan a verse como conductores en comparación con las impedancias con las que está tratando.
- Los pines de entrada del opamp reaccionarán a los campos eléctricos. Deberá mantener la conexión al fototubo corta y protegida.
- Mira dentro de los anillos de guardia, los vas a necesitar.
Este artículo de Analog Devices entra en algunos detalles sobre las cosas que deberá considerar al construir su circuito.
Hay buenas razones por las que las configuraciones de laboratorio disponibles comercialmente para este experimento para determinar el costo constante de Planck cuestan varios cientos de dólares.
Entran mucho en ellos. Continúe, y espero que aprenda todo sobre lo que los hace costosos.