Фототрубка эксперимента с операционным усилителем
Я работаю над экспериментом, чтобы найти постоянную Планка с помощью фототрубки. Я построил следующую схему и направил светодиод на фотоэлемент в темной комнате, но у меня было несколько проблем:
При отсутствии конденсатора показания вольтметра были очень нестабильными (в основном от 1В до 3В). Если я прав, заряд должен накапливаться до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение блокировки для фотоэлемента.
Уменьшение емкости (до 1 мкФ и 0,1 мкФ) снова дало нестабильные значения. Кроме того, при небольшой емкости показания вольтметра значительно увеличились, когда я уменьшил интенсивность света.
Когда свет не падает, напряжение без конденсатора по-прежнему составляет около 500 мВ.
В чем дефект этой схемы и каковы причины вышеуказанных проблем? В качестве повторителя напряжения я использовал операционный усилитель LMC6081, работающий от однополярного источника питания. Я новичок в электрических схемах, поэтому надеюсь, что вы сможете объяснить мне основы.
Ответы
Вам не нужен отдельный конденсатор.
Из описания лаборатории, на которую вы ссылаетесь:
Физически разделенные анод и катод ведут себя как половина цилиндрического конденсатора; Поступающий свет действует как источник тока для зарядки этого конденсатора (C) электронами. Полный заряд (Q) и разность потенциалов на этом конденсаторе регулируются фундаментальным уравнением электростатики: Q = CV.
Конденсатор является неотъемлемой частью фотоэлемента. Ваша задача - измерить накопленный заряд между пластиной и стержнем фотоэлемента.
Это будет очень маленькая емкость. Вам понадобится операционный усилитель с очень низким током утечки на входе.
Зарядный ток составит несколько микроампер. Вам понадобится операционный усилитель с утечкой намного ниже этой.
Ваш LMC6081, похоже, удовлетворяет эту потребность - он имеет входное сопротивление в тераомном диапазоне и утечку в пикоамперном диапазоне.
Чтобы это работало, вам понадобится установка, предназначенная для такого рода вещей.
Я знаю, что не до этого. Я немного читал об этом (измерения чрезвычайно высокого импеданса) и знаю, что у меня нет необходимых навыков.
- При сопротивлении, с которым вы имеете дело, отпечаток пальца на печатной плате может действовать как резистор и испортить ваши измерения.
- Многие вещи, которые вы обычно считаете изоляторами, начинают выглядеть как проводники по сравнению с импедансами, с которыми вы имеете дело.
- Входные контакты операционного усилителя будут реагировать на электрические поля. Соединение с фотоэлементом должно быть коротким и экранированным.
- Посмотри в кольца охранников, они тебе понадобятся.
В этой статье Analog Devices подробно рассказывается о вещах, которые вам необходимо учитывать при построении схемы.
Существуют веские причины, по которым коммерчески доступные лабораторные установки для этого эксперимента по определению постоянной Планка стоили несколько сотен долларов.
В них многое входит. Продолжайте, и я надеюсь, вы узнаете все о том, что делает их дорогими.