.
X    

Detektor radioaktivity s fotodiodou


Neberu žádnou zodpovědnost za škody vzniklé špatným fungováním tohoto zařízení. Vše děláte na vlastní nebezpečí.


Popis

Schéma zapojení
Schéma zapojení (klikněte pro plné rozlišení)

Tento detektor radioaktivity používá fotodiody jako senzor. Zde jsou použity čtyři fotodiody BPW34. Ty jsou zapouzdřené do neprůsvitné vodivé krabičky, jejíž přední stěna je tvořená velmi tenkou měděnou fólií, pod kterou jsou samotné fotodiody. Tento detektor je citlivý hlavně na beta a gama záření, alfa záření je odstíněno měděnou fólií i plastovým pouzdrem samotných fotodiod.

Celý obvod je napájen z 9 V baterie. Odběr se pohybuje okolo 5 mA.

První část obvodu tvořená součástkami U1A, R1, C1, R2 se chová jako invertující transimpedanční zesilovač (převodník proudu na napětí) zesilující signál z fotodiody. Dopad částice na samotný čip fotodiody vyvolá velmi malý proud. Fotodioda je zapojená v závěrném směru. Předpětí pro fotodiodu je filtrováno rezistorem R3 a kondenzátorem C2. Výstupní signál operačního zesilovače U1A je zesílen dalším zesilovacím stupněm (U1B, C3-C5, R2, R4). Dopad částice na fotodiodu vyvolá na výstupu U1B impulz s amplitudou v řádu stovek mV. Rezistory R13, R14 tvoří dělič napětí, který zajišťuje, aby v klidu byla na výstupech obou OZ polovina napájecího napětí.

Výstup druhého zesilovacího stupně je přes kondenzátor C5 přiveden na invertující vstup prvního komparátoru. Na ten je také přivedeno předpětí cca 3-3,3 V (nastavenitelné trimrem RV1) přes rezistor R8. Rezistor R8 a kondenzátor C5 tvoří horní propust (-3 dB při ~3 kHz). Na neinvertující vstup je přivedeno napětí 3,3 V. Pokud se na invertujícím vstupu objeví vyšší napětí než na neinvertujícím, tak se přes rezistor R10 vybije kondenzátor C7. Komparátor LM393 má výstup s otevřeným kolektorem, takže kondenzátor sám znovu nenabije. Ten se postupně opět nabije přes rezistor R11. Tímto je daná minimální délka pulzu pro LED a reproduktorek (cca 0,5 ms). Po dobu, kdy bude napětí nižší než napětí na Zenerově diodě, sepne komparátor U2B svůj výstupní tranzistor, čímž rozsvítí LED D4 a sepne tranzistor Q2, který připojí reproduktor LS1 (malý "bzučák" s impedancí okolo 50 Ω) ke kondenzátoru C12. Ten se částečně vybije. Znovu se nabije přes rezistor R15.

Napěťová reference pro komparátor je zde tvořená 3,3 V Zenerovou diodou. Proud touto diodou je nastavený hlavně rezistorem R6. Zenerovy diody dobře stabilizují až od nějakého proudu (a to hlavně ZD stavěné na malá napětí), je tedy vhodné zvolit proud alespoň několik mA. Pokud zde bude proud menší než cca 1 mA, na rezistoru R5 bude příliš malý úbytek napětí na otevření tranzistoru Q1, takže LED D3 (indikace dostatečného napětí baterie) zůstane zhasnutá.

Tento obvod je velice citlivý na okolní elektromagnetické pole. Je vhodné ho umístit do stíněné kovové krabičky. Je také vhodné dát pozor na návrh DPS a hlavně minimalizovat parazitní kapacity mezi prvním stupněm a dalšími částmi obvodu (riziko oscilací). Blízko integrovaných obvodů musí být umístěny příslušné blokovací kondenzátory C8, C9. Trimr RV1 je potřeba nastavit tak, aby byl obvod aktivován jen radioaktivitou a ne šumem (i samotný 10 MΩ rezistor na vstupu způsobuje značný šum), ale zároveň byl dostatečně citlivý. Použitý operační zesilovač by měl mít rozumně nízký šum, vysokou vstupní impedanci, dostatečnou šířku pásma, vhodný vstupní napěťový rozsah, atd... Použil jsem zde operační zesilovač KF442 (ekvivalent LF442). S obyčejným LM358 již byl obvod značně zašumený. Jako vhodný OZ se jeví například TLC272, ale nebyl zde testovaný.

Úprava - březen 2021: ve schématu byla chyba (převrácená dioda D5), opraveno. Dále byla do schématu přidána funkce svítilny a nějaké komentáře.


Závěr

Prototyp
Prototyp (klikněte pro plné rozlišení)

Zde je hotové zařízení. Byl zde použit univerzální plošný spoj a rozmístění součástek není optimální. Zařízení je poměrně citlivé na vnější elektromagnetické pole.

Zde je video z provozu.

Tento detektor také není moc citlivý, detektory s Geiger-Müllerovou trubicí bývají mnohem citlivější. Zapojení zde uvádím spíše jako zajímavost.


 


 
Reklama (od webhostingu):