Fototubo esperimento con amplificatore operazionale
Sto lavorando a un esperimento per trovare la costante di Planck con un fototubo. Ho costruito il seguente circuito e ho puntato una luce LED sul fototubo in una stanza buia, ma ho avuto alcuni problemi:
Quando non è presente il condensatore, la lettura del voltmetro era molto instabile (principalmente da 1V a 3V). Se ho ragione, la carica dovrebbe accumularsi fino al raggiungimento della tensione di blocco per il fototubo.
Riducendo la capacità (a 1uF e 0.1uF) si ottengono nuovamente valori instabili. Inoltre, con una piccola capacità, la lettura del voltmetro è aumentata in modo significativo quando ho abbassato l'intensità della luce.
Quando non ci sono incidenti luminosi, la tensione continua a leggere intorno ai 500 mV senza il condensatore.
Qual è il difetto in questo circuito e quali sono le cause dei problemi di cui sopra? L'amplificatore operazionale che ho usato per il follower di tensione è LMC6081 e funziona con alimentazione singola. Sono completamente un principiante nei circuiti elettrici, quindi spero che tu possa spiegarmi dalle basi.
Risposte
Non hai bisogno di un condensatore separato.
Dalla descrizione del laboratorio che hai collegato a:
L'anodo e il catodo separati fisicamente si comportano come la metà di un condensatore cilindrico; la luce in arrivo funge da sorgente di corrente per caricare questo condensatore (C) con elettroni. La carica totale (Q) e la differenza di potenziale su questo condensatore sono governate da un'equazione fondamentale dell'elettrostatica: Q = CV.
Il condensatore è una parte intrinseca del fototubo. Il tuo compito è misurare la carica accumulata tra la piastra e l'asta del fototubo.
Questa sarà una capacità molto piccola. Avrai bisogno di un amplificatore operazionale con una corrente di dispersione molto bassa sul suo ingresso.
La corrente di carica sarà di pochi microampere. Avrai bisogno di un amplificatore operazionale con una perdita molto inferiore a quella.
Il tuo LMC6081 sembra soddisfare questa esigenza: ha un'impedenza di ingresso nell'intervallo dei teraohm e una perdita nell'intervallo dei picoampere.
Per farlo funzionare, avrai bisogno di una configurazione progettata per questo tipo di cose.
So di non essere all'altezza. Ho letto un po 'di questo genere di cose (misure di impedenza estremamente alta) e so che non ho le competenze necessarie.
- Alle impedenze con cui hai a che fare, un'impronta digitale sul PCB può fungere da resistore e rovinare le tue misurazioni.
- Molte cose che normalmente considereresti come isolanti iniziano ad apparire come conduttori rispetto alle impedenze con cui hai a che fare.
- I pin di ingresso dell'opamp reagiranno ai campi elettrici. Sarà necessario mantenere il collegamento al fototubo corto e schermato.
- Guarda negli anelli di guardia, ne avrai bisogno.
Questo articolo di Analog Devices entra in alcuni dettagli sulle cose che dovrai considerare quando costruisci il tuo circuito.
Ci sono buone ragioni per cui le configurazioni di laboratorio disponibili in commercio per questo esperimento nel determinare la costante di Planck costano diverse centinaia di dollari.
Molto va in loro. Continua, e mi aspetto che imparerai tutto su cosa li rende costosi.