Eksperimen Phototube dengan op amp

Question

Saya sedang mengerjakan eksperimen untuk menemukan konstanta Planck dengan sebuah tabung foto. Saya membangun sirkuit berikut dan mengarahkan lampu LED ke phototube di ruangan gelap, tetapi saya punya beberapa masalah:

1. Ketika tidak ada kapasitor, pembacaan voltmeter sangat tidak stabil (terutama dari 1V ke 3V). Jika saya benar, muatan akan terakumulasi sampai tegangan pemblokiran untuk tabung foto tercapai.

2. Mengurangi kapasitansi (menjadi 1uF dan 0.1uF) kembali memberikan nilai yang tidak stabil. Juga, dengan kapasitansi kecil, pembacaan voltmeter meningkat secara signifikan saat saya menurunkan intensitas cahaya.

3. Ketika tidak ada insiden cahaya, tegangan masih terbaca sekitar 500mV tanpa kapasitor.

Apa kekurangan di sirkuit ini, dan apa penyebab masalah di atas? Op amp yang saya gunakan untuk pengikut tegangan adalah LMC6081 dan beroperasi dengan suplai tunggal. Saya benar-benar pemula dalam rangkaian listrik jadi saya harap jika Anda bisa menjelaskan saya dari dasar.

Answer 1

Anda tidak memerlukan kapasitor terpisah.

Dari deskripsi lab yang Anda tautkan ke:

Anoda dan katoda yang terpisah secara fisik berperilaku sebagai setengah dari kapasitor silinder; cahaya yang masuk bertindak sebagai sumber arus untuk mengisi kapasitor ini (C) dengan elektron. Muatan total (Q) dan beda potensial pada kapasitor ini diatur oleh persamaan fundamental dari elektrostatika: Q = CV. 

Kapasitor adalah bagian yang tidak dapat dipisahkan dari tabung foto. Tugas Anda adalah mengukur akumulasi muatan antara pelat dan batang tabung foto.

Itu akan menjadi kapasitansi yang sangat kecil. Anda akan membutuhkan opamp dengan arus bocor yang sangat rendah pada inputnya.

Arus muatan akan menjadi beberapa mikroampere. Anda membutuhkan opamp dengan kebocoran jauh lebih rendah dari itu.

LMC6081 Anda tampaknya memenuhi kebutuhan itu - ia memiliki impedansi masukan dalam kisaran teraohm, dan kebocoran dalam kisaran picoampere.

Untuk membuat ini berfungsi, Anda memerlukan penyiapan yang dirancang untuk hal semacam ini.

Saya tahu saya tidak sanggup melakukannya. Saya telah membaca sedikit tentang hal semacam ini (pengukuran impedansi sangat tinggi) dan tahu bahwa saya tidak memiliki keterampilan yang dibutuhkan.

1. Pada impedansi yang Anda hadapi, sidik jari pada PCB dapat bertindak sebagai resistor dan mengacaukan pengukuran Anda.
2. Banyak hal yang biasanya Anda anggap sebagai isolator mulai terlihat seperti konduktor dibandingkan dengan impedansi yang Anda hadapi.
3. Pin input opamp akan bereaksi terhadap medan listrik. Anda harus menjaga koneksi ke phototube tetap pendek, dan terlindung.
4. Lihatlah ke cincin penjaga, Anda akan membutuhkannya.

Artikel dari Analog Devices ini membahas beberapa detail tentang hal-hal yang harus Anda pertimbangkan saat membangun sirkuit Anda.

---

Ada alasan bagus mengapa pengaturan lab yang tersedia secara komersial untuk eksperimen ini dalam menentukan biaya konstan Planck beberapa ratus dolar.

Banyak yang masuk ke dalamnya. Teruskan, dan saya harap Anda akan mempelajari semua tentang apa yang membuat mereka mahal.