Expérience de phototube avec un ampli opérationnel

Aug 18 2020

Je travaille sur une expérience pour trouver la constante de Planck avec un phototube. J'ai construit le circuit suivant et dirigé une lumière LED vers le tube photo dans une pièce sombre, mais j'ai eu quelques problèmes:

  1. Lorsqu'il n'y a pas de condensateur, la lecture du voltmètre était très instable (principalement de 1V à 3V). Si j'ai raison, la charge devrait s'accumuler jusqu'à ce que la tension de blocage pour le phototube soit atteinte.

  2. La réduction de la capacité (à 1 uF et 0,1 uF) a de nouveau donné des valeurs instables. De plus, avec une petite capacité, la lecture du voltmètre a augmenté de manière significative lorsque j'ai baissé l'intensité lumineuse.

  3. Lorsqu'il n'y a pas d'incident lumineux, la tension se lit toujours autour de 500 mV sans le condensateur.

Quelle est la faille dans ce circuit et quelles sont les causes des problèmes ci-dessus? L'ampli opérationnel que j'ai utilisé pour le suiveur de tension est LMC6081 et fonctionne avec une seule alimentation. Je suis complètement débutant dans les circuits électriques donc j'espère que vous pourriez m'expliquer à partir des bases.

Réponses

6 JRE Aug 19 2020 at 00:04

Vous n'avez pas besoin d'un condensateur séparé.

À partir de la description du laboratoire que vous avez liée:

L'anode et la cathode physiquement séparées se comportent comme la moitié d'un condensateur cylindrique; la lumière entrante agit comme une source de courant pour charger ce condensateur (C) avec des électrons. La charge totale (Q) et la différence de potentiel sur ce condensateur sont régies par une équation fondamentale de l'électrostatique: Q = CV. 

Le condensateur fait partie intégrante du phototube. Votre tâche est de mesurer la charge accumulée entre la plaque et la tige du phototube.

Ce sera une très petite capacité. Vous aurez besoin d'un opamp avec un courant de fuite très faible sur son entrée.

Le courant de charge sera de quelques microampères. Vous aurez besoin d'un opamp avec une fuite beaucoup plus faible que cela.

Votre LMC6081 semble répondre à ce besoin - il a une impédance d'entrée dans la plage des téraohm et des fuites dans la plage des picoampères.

Pour que cela fonctionne, vous aurez besoin d'une configuration conçue pour ce genre de choses.

Je sais que je ne suis pas à la hauteur. J'ai lu un peu sur ce genre de choses (mesures d'impédance extrêmement élevée) et je sais que je n'ai pas les compétences nécessaires.

  1. Aux impédances que vous traitez, une empreinte digitale sur le PCB peut agir comme une résistance et gâcher vos mesures.
  2. De nombreux éléments que vous considérez normalement comme des isolants commencent à ressembler à des conducteurs par rapport aux impédances auxquelles vous avez affaire.
  3. Les broches d'entrée de l'amplificateur opérationnel réagiront aux champs électriques. Vous devrez garder la connexion au phototube court et blindée.
  4. Regardez dans les anneaux de garde, vous en aurez besoin.

Cet article d'Analog Devices donne des détails sur les choses que vous devrez prendre en compte lors de la construction de votre circuit.


Il y a de bonnes raisons pour lesquelles les configurations de laboratoire disponibles dans le commerce pour cette expérience dans la détermination du coût constant de Planck sont de plusieurs centaines de dollars.

Il y en a beaucoup. Continuez et j'espère que vous saurez tout sur ce qui les rend chers.