การทดลอง Phototube ด้วย op amp
ฉันกำลังทำการทดลองเพื่อหาค่าคงที่ของพลังค์ด้วยโฟโตทูบ ฉันสร้างวงจรต่อไปนี้และชี้ไฟ LED ไปที่โฟโตทูบในห้องมืด แต่ฉันมีปัญหาเล็กน้อย:
เมื่อไม่มีตัวเก็บประจุการอ่านโวลต์มิเตอร์จะไม่เสถียรมาก (ส่วนใหญ่ตั้งแต่ 1V ถึง 3V) ถ้าฉันถูกต้องประจุควรสะสมจนกว่าจะถึงแรงดันไฟฟ้าที่ปิดกั้นสำหรับโฟโตทูบ
การลดความจุ (เป็น 1uF และ 0.1uF) อีกครั้งให้ค่าที่ไม่เสถียร นอกจากนี้ด้วยความจุขนาดเล็กการอ่านโวลต์มิเตอร์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อฉันลดความเข้มของแสง
เมื่อไม่มีแสงตกกระทบแรงดันไฟฟ้ายังคงอ่านได้รอบ 500mV โดยไม่มีตัวเก็บประจุ
อะไรคือข้อบกพร่องในวงจรนี้และอะไรคือสาเหตุของปัญหาข้างต้น? ออปแอมป์ที่ฉันใช้สำหรับตัวติดตามแรงดันคือ LMC6081 และทำงานด้วยแหล่งจ่ายเดียว ฉันเป็นมือใหม่ในวงจรไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ดังนั้นฉันหวังว่าคุณจะอธิบายฉันได้ตั้งแต่พื้นฐาน
คำตอบ
คุณไม่จำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุแยกต่างหาก
จากคำอธิบายห้องปฏิบัติการที่คุณเชื่อมโยงไป:
แอโนดและแคโทดที่แยกจากกันทางกายภาพจะทำงานเป็นครึ่งหนึ่งของตัวเก็บประจุทรงกระบอก แสงที่เข้ามาทำหน้าที่เป็นแหล่งกระแสเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุ (C) นี้ด้วยอิเล็กตรอน ประจุรวม (Q) และความต่างศักย์ของตัวเก็บประจุนี้ถูกควบคุมโดยสมการพื้นฐานจากไฟฟ้าสถิต: Q = CV
ตัวเก็บประจุเป็นส่วนหนึ่งของโฟโตทูบโดยธรรมชาติ งานของคุณคือการวัดประจุสะสมระหว่างแผ่นและแท่งของโฟโตทูบ
นั่นจะเป็นความจุที่น้อยมาก คุณจะต้องมี opamp ที่มีกระแสไฟฟ้ารั่วต่ำมากในอินพุต
กระแสประจุจะเป็นไมโครแอมแปร์เพียงไม่กี่ตัว คุณจะต้องมี opamp ที่มีการรั่วไหลต่ำกว่านั้นมาก
ดูเหมือนว่าLMC6081ของคุณจะตรงตามความต้องการ - มีอิมพีแดนซ์อินพุตในช่วงเทราโอห์มและมีการรั่วไหลในช่วงพิโคแอมเปเร
เพื่อให้ได้ผลคุณจะต้องมีการตั้งค่าที่ออกแบบมาสำหรับสิ่งประเภทนี้
ฉันรู้ว่าฉันทำไม่ได้ ฉันได้อ่านเกี่ยวกับเรื่องประเภทนี้ (การวัดความต้านทานสูงมาก) และรู้ว่าฉันไม่มีทักษะที่จำเป็น
- ที่อิมพีแดนซ์ที่คุณกำลังเผชิญอยู่ลายนิ้วมือบน PCB สามารถทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานและทำให้การวัดของคุณยุ่งเหยิง
- โดยปกติหลายสิ่งที่คุณคิดว่าเป็นฉนวนเริ่มดูเหมือนตัวนำเมื่อเทียบกับอิมพีแดนซ์ที่คุณกำลังเผชิญอยู่
- พินอินพุตของ opamp จะทำปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้า คุณจะต้องเชื่อมต่อกับโฟโตทูบให้สั้นและมีการป้องกัน
- มองไปที่แหวนป้องกันคุณจะต้องใช้มัน
บทความนี้จาก Analog Devicesจะกล่าวถึงรายละเอียดบางอย่างเกี่ยวกับสิ่งที่คุณจะต้องพิจารณาเมื่อสร้างวงจรของคุณ
มีเหตุผลที่ดีว่าทำไมการตั้งค่าห้องปฏิบัติการที่มีจำหน่ายในท้องตลาดสำหรับการทดลองนี้ในการกำหนดต้นทุนคงที่ของพลังค์หลายร้อยดอลลาร์
จำนวนมากเข้าสู่พวกเขา ดำเนินต่อไปและฉันคาดหวังว่าคุณจะได้เรียนรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับสิ่งที่ทำให้ราคาแพง