Etape 2: Comprendre le Circuit Tube Geiger et construire un bloc haute tension
Tout d’abord, vous devez acquérir quelques Tubes Geiger-Müller (au moins 2 Si vous souhaitez construire un détecteur de rayons cosmiques). J’ai choisi les SBM 20 tubes pour 25 $ chaque, parce que j’ai pu les commander sur Amazon, mais si vous êtes prêt à prendre une chance sur Ebay, vous pouvez obtenir des tubes similaires dans la fourchette de prix de $10-$20. Fait amusant : J’ai lu que beaucoup de ces tubes ont été créés par l’Union soviétique pendant la guerre froide.
À un niveau élevé, Tubes Geiger-Müller , opérer comme suit : le tube est rempli d’un gaz inerte comme l’hélium et l’Argon (ce sont des exemples des gaz nobles qui sont peu susceptibles de subir des réactions). Lorsqu’un appel entrant entires de particules de haute énergie du tube, certains des gaz peut être ionisé. Au moins quelques-uns centaines de volts soient appliquées partout dans le tube et le champ électrique qui en résulte (n’oubliez pas ce champ électrique est fonction de la tension appliquée) provoque des ions positifs déplacer vers la cathode du tube et les électrons libres à dériver vers l’anode. Comme ces ions et les électrons se déplacent, si le champ électrique est assez fort, ils provoquer des collisions et par conséquent plus événements d’ionisation dans le tube. L’ionisation du gaz dure sur l’ordre de quelques microsecondes, et quand les électrons atteignent fil d’anode du tube une impulsion de courant (ce qui, dans notre cas, nous mesurons comme légume sec environ 1,5 volts) nous pouvons traiter le signal résultant comme un hit. À ce stade l’il y a une charge positive élevée près de l’anode (en raison des ions positifs qui se sont accumulés là). Cela affaiblit le champ électrique et mettra fin à l’avalanche des ionisations. Le tube se déposent dans son état initial, jusqu'à ce qu’une autre particule entrant d’ionisation déclenche une avalanche à nouveau.
(Remarque : image avalanche de http://en.wikipedia.org/wiki/Townsend_discharge)
Nous devons fournir le tube GM avec une haute tension entre l’anode et la cathode pour ce processus pour le coup d’envoi. Pour ce faire, j’utiliserai un circuit convertisseur boost que j’ai trouvé ici. (Vous pouvez voir mon circuit pertinent dans une image inclus sur cette page). Le 555 minuterie est câblé en mode astable tels qu’elle génère des impulsions à c' est Q broche de sortie. C1, D1, R1 et R2 que tout contrôler l’amplitude des impulsions, mais pour notre application, que je ne crois pas que les valeurs que vous sélectionnez seront aussi beaucoup d’importance. Chaque fois que le 555 timer génère une impulsion positive à Q, le transistor Q2 attaché à Q sera turk, permettant courant de circuler à travers l’inducteur. À un certain moment, la tension à la porte de Q1 augmentera suffisamment pour allumer la Q1. Lorsque Q1 est allumée, la broche de remise à zéro de la 555 se déclenchera (Notez qu’il est peu actif). Cela provoque la sortie à Q pour aller en bas, ce qui provoque la Q2 couper. Quand Q2 s’éteint, l’inductance va faire ce que font les inductances : tenter de maintenir le courant qui a été précédemment qui le traversent. La tension aux bornes de l’inductance se doper, et un éclatement du courant s’écoule de l’inducteur, par le biais de diode 2 (la diode empêche tout courant de refluer et d’endommager l’inducteur) et en C2, où une haute tension s’accumulent. R5 est un potentiomètre. Celui que j’ai choisi varie de 0 à 100 ohms. La valeur de R5 détermine le point où Q1 est allumé, qui détermine à son tour combien actuel l’inducteur cherchera à préserver et donc comment grand une pointe de tension il connaîtra. En résumé, valeur du potentiomètre détermine quel niveau de tension vous permettra d’atteindre. Si vous suivez mon circuit exactement, vous devriez être capable de gamme d’environ 30 volts à 500 volts, stockées dans C2.
Remarque : au lieu d’utiliser un 555 timer (dont mon professeur appelé obsolète), vous pouvez utiliser à la place une tige de sortie d’un micro-contrôleur pour fournir des impulsions (PWM).
Il est important que toutes les pièces qui seront exposées à haute tension sont correctement évalués. Voici les principaux éléments que j’ai utilisé pour l’approvisionnement de l’HV et leurs inscriptions Digikey.
555 : LMC555CMX (1,07 $ chaque)
Diode D2 : 641-1018-1-ND (1 KV, 1 ampère) (0,27 $ chaque)
Les condensateurs HV (C2, C3): 709-1039-1-ND (1 KV) (0,48 $ chaque)
Inducteur : 445-3823-ND (10 MH, 410 mA, Ohm 3,41) (3,02 $ chaque)
Potentiomètre : CT2154-ND (5,34 $ chaque)
Les autres résistances, condensateurs et diodes accrochés à la 555 ne seront pas exposées à haute tension et par conséquent, vous pouvez utiliser plus hors les composants de la tablette.
Quelques remarques importantes sur le débogage :
Le courant qui circule dans les tubes de GM est extrêmement faible. Si vous essayez de mesurer la tension après la diode avec un multimètre standard ou un oscilloscope, votre multimètre/oscilloscope va charger le circuit et vous ne serez pas en mesure de détecter le niveau de tension ! J’ai eu le temps ce en mesurant * avant * D2. Il y a une impédance inférieure à ce point du circuit, et par conséquent vous serez en mesure de voir le niveau de tension sur un oscilloscope standard. Une autre approche serait d’obtenir une très grande résistance (l’ordre de 1 Giga ohms et le placer en série avec votre oscilloscope).
Lors du débogage, commencez par le potentiomètre que se tourna vers sa valeur la plus basse, puis lentement tourner et regarder la tension qui en résulte. S’il y a un moment où la tension chute soudainement vers le bas encore une fois, il pourrait être que l’un de vos pièces est un échec (Vérifiez que tout est bien soudée et que vos composants sont assignée pour assez haute tension et courant). Il pourrait aussi être que votre appareil de mesure est toujours charger le circuit trop.
Ensuite, nous allons associer les tubes bloc d’HV !
