Experimento de fototubo con amplificador operacional

Estoy trabajando en un experimento para encontrar la constante de Planck con un fototubo. Construí el siguiente circuito y apunté una luz LED al fototubo en una habitación oscura, pero tuve algunos problemas:

  1. Cuando no hay capacitor, la lectura del voltímetro era muy inestable (principalmente de 1V a 3V). Si no me equivoco, la carga debería acumularse hasta que se alcance el voltaje de bloqueo del fototubo.

  2. Reducir la capacitancia (a 1uF y 0.1uF) nuevamente dio valores inestables. Además, con una capacitancia pequeña, la lectura del voltímetro aumentó significativamente cuando bajé la intensidad de la luz.

  3. Cuando no hay luz incidente, el voltaje aún se lee alrededor de 500 mV sin el capacitor.

¿Cuál es la falla en este circuito y cuáles son las causas de los problemas anteriores? El amplificador operacional que utilicé para el seguidor de voltaje es LMC6081 y funciona con un solo suministro. Soy completamente un principiante en circuitos eléctricos, así que espero que me expliques desde lo básico.

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¿De dónde vino la idea del circuito, es decir, hay una página web que indica cómo medir la constante de Planck?
Sí, traté de hacer el circuito en la Figura 3 (en la página 4) de este documento: unm.edu/~mph/307/Planck_UNM.pdf
El pdf menciona que el fototubo actúa como un condensador. Asumiría que la corriente de fuga del condensador de 10uF debería ser mucho más baja que la salida de corriente del tubo fotográfico. ¿Estás asegurando eso? "la carga debe acumularse hasta que se alcance el voltaje de bloqueo para el fototubo": No si hay una corriente de fuga significativa a través de los 10uF. ¿ Qué tipo de capacitor estás usando?
¿Por qué no muestras filtros ópticos y rejillas de difracción?
Estaba usando un condensador electrolítico, pero me di cuenta de que tiene una cantidad relativamente grande de corriente de fuga. Probaré con un condensador de película.
La fotocorriente es de microamperios. Necesitará un condensador relativamente pequeño, con una tasa de fuga muy baja. Los electrolíticos están fuera.
Las lecturas de voltaje salvaje serán causadas por la configuración física de su equipo. Necesitará una placa de circuito impreso personalizada, blindaje en todo, y tendrá que encerrar todo el desorden para evitar que las variaciones de temperatura arruinen las cosas. Y ni siquiera pienses en la palabra "placa de prueba" mientras trabajas en esto.
En relación con la respuesta de JRE, ¿podemos ver una fotografía de la configuración?
Parece que necesitas un "amplificador de carga"...

Respuestas (1)

No necesitas un capacitor separado.

De la descripción del laboratorio a la que se vinculó:

El ánodo y el cátodo separados físicamente se comportan como la mitad de un condensador cilíndrico; la luz entrante actúa como una fuente de corriente para cargar este capacitor (C) con electrones. La carga total (Q) y la diferencia de potencial en este capacitor se rigen por una ecuación fundamental de la electrostática: Q = CV. 

El condensador es una parte inherente del fototubo. Tu tarea es medir la carga acumulada entre la placa y la varilla del fototubo.

Esa será una capacitancia muy pequeña. Necesitará un amplificador operacional con una corriente de fuga muy baja en su entrada.

La corriente de carga será de unos pocos microamperios. Necesitará un opamp con una fuga mucho menor que eso.

Su LMC6081 parece satisfacer esa necesidad: tiene una impedancia de entrada en el rango de teraohmios y fugas en el rango de picoamperios.

Para que esto funcione, necesitará una configuración diseñada para este tipo de cosas.

Sé que no estoy a la altura. He leído un poco sobre este tipo de cosas (medidas de impedancia extremadamente alta) y sé que no tengo las habilidades necesarias.

  1. En las impedancias con las que está tratando, una huella digital en la PCB puede actuar como una resistencia y estropear sus mediciones.
  2. Muchas cosas que normalmente consideraría aisladores comienzan a parecer conductores en comparación con las impedancias con las que está tratando.
  3. Los pines de entrada del opamp reaccionarán a los campos eléctricos. Deberá mantener la conexión al fototubo corta y protegida.
  4. Mira en los anillos de protección, los vas a necesitar.

Este artículo de Analog Devices entra en detalles sobre las cosas que deberá considerar al construir su circuito.

Hay buenas razones por las que las configuraciones de laboratorio disponibles comercialmente para este experimento en la determinación de la constante de Planck cuestan varios cientos de dólares.

Mucho entra en ellos. Continúe, y espero que aprenda todo sobre lo que los hace caros.

Sí, estaba usando una placa de pruebas. Nunca imaginé que esos efectos fueran tan grandes para este experimento. Una vez vi que la configuración de un laboratorio costaba $ 800 y me sorprendió mucho, pero ahora veo por qué. Eso fue muy útil. Haré todo lo posible para que funcione, ¡al menos ahora sé qué salió mal!
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