Labortagebuch 15 - Ein Zwischenbericht bzw. eine Zwischenbilanz
Endlich mal wieder etwas Zeit gefunden und den Peak-Detektor (PD) optimiert.
Da der klassische PD mit Dioden ja nicht zufriedenstellend funktioniert, habe ich statt dessen eine Sample/Hold (IC3) mit Komparatorsteuerung (IC6) aufgebaut:
Die Funktionsweise ist relativ einfach:
Solange die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung ist, schaltet der Komparator die SH-Steuerung auf Sample, d.h.: Die Ausgangsspannung folgt der Eingangsspannung. Sobald die Eingangsspannung kleiner als die Ausgangsspannung wird, schaltet der Komp. auf Hold-Modus.
Das Ergebniss ist wesentlich besser als mit dem klassischem Dioden-PD, hat aber gewisse Tücken:
Die optimale Dimensionierung von C11 und C17 erfordert viel Geduld, sonst kommt der Komparator bei Ue = Ua ins schwingen.
Hier mal ein erstes Ergebniss:
Zwischenzeitlich wurde durch Einfügen eines 120pF-Kondensator am SH-Eingang das Ergebniss nochmals wesentlich verbessert!
Soweit zum Positiven. Aber mit zunehmender Genauigkeit des PD's stellt man natürlich auch die Schwächen des Gesamt-Designs fest:
Die Störungen durch die Schaltflanken des Nulldurchgangdetektors (IC5) und der Steuersignale für den AD-Wandler sind ganz erheblich. Sowohl über die Spannungsversorgung als auch durch Störstrahlung wird das Messergebniss (oft bis zur Unkenntlichkeit) verfälscht.
Nun ist natürlich der Aufbau eines präzisen Messsystems auf einem Testboard eher suboptimal (um nicht zu sagen: völlig beschissen). Andrerseits - Wenn die Schaltung auf diesem Board läuft, kann es mit einer sauber entworfenen Platine nur besser werden
Im Prinzip ist das ein völlig idiotisches Geduldsspiel:
Um den Sensor(verstärker) zu optimieren, muß man erstmal den Peak-Detektor verbessern. Dann muss man die Störungen minimieren und den AD-Wandler verbessern. Hat man nach diesem Prozedere dann den Sensorvertärker verbessert, geht das Spiel von vorne los. Regressus ad infinitum
Und jede Änderung kann man erst nach einer Spektrenaufnahme (je. 10-20min) beurteilen.
Ich würde mal sagen: Das ist kein geeignetes "Bastelprojekt" für ungeduldige (Hobby)Elektroniker.
Die klassische Vorgehensweise wäre natürlich: Entweder mit einem funktionierendem Sensor den Analyser zu konstruieren, oder eben den Sensor mit einem präzisen, fertigem Analyser zu entwickeln.
Ohne die geeigneten Messmittel beides gleichzeitig entwickeln zu wollen, ist schon etwas seltsam/dumm/verwegen...
Die weitere Vorgehensweise:
Zuerst werden die OPA111 durch OPA627 im Sensor- und Vorverstärker ersetzt.
Damit könnte man evt die Parallelkapazität C1 im Sensorverstärker minimieren und somit das Signal/Rauschverhältniss verbessern ->
http://www.untertage.com/micha2/lt14-3.png
Bei ähnlichen Rausch/Driftwerten hat der OPA627 eine Slewrate von 50V/µs vers. 2V/µs des OPA111.
Datenblatt:
http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... Xqxttt.pdf
Die Dinger kosten halt min. 20€/Stück, sind dafür aber kaum zu toppen.
Parallel dazu wird der AD-Wandler MAX195 durch den MAX187 ersetzt:
Die Vorteile:
Neben der wesentlich einfacheren SPI-Ansteuerung hat das Ding eine interne Referenzspannungsquelle und einen schnellen S/H (im Datenblatt T/H genannt).
Datenblatt:
http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... MAX189.pdf
Und mit 20€ ist das Teil vergleichsweise billig!
Die 16Bit-Auflösung vom MAX195 braucht man hier absolut nicht! 12Bit reichen für diese Anwendung völlig aus. Ich hatte den MAX195 halt grade auf Lager
Meine Zwischenbilanz:
Ich bin mir immer noch nicht sicher, ob das Projekt erfolgreich abgeschlossen wird. Es könnte durchaus sein, daß eine hochauflösende Gammaspektroskopie mit der PIN-Diode (im Rahmen eines Hobbyprojektes) meine Grenzen übersteigt. Ich kann aber bisher auch nicht die Unmöglichkeit des Ansatzes beweisen
So, das wär's erstmal. Weitere Berichte folgen.
Glück auf
Krumi
Ein totalitäres System erkennt man daran, daß es die Kriminellen verschont und den politischen Gegner kriminalisiert
(Alexander Issajewitsch Solschenyzin)
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