leoniv (leoniv) wrote,
leoniv
leoniv

Categories:

Счет фотонов



Когда считать больше нечего, начинают считать фотоны. Так случилось и в этот раз. А меня попросили с этим помочь.



Надо было сделать нечто похожее на C9744 фирмы Hamamatsu.



Хоть они называют это устройство "Photon Counting Unit", но это совсем не счетчик, а просто усилитель-формирователь, на вход которого подается сигнал с ФЭУ. Счетчик - отдельное устройство, я его когда-то давно делал на основе ПЛИС, но это совсем другая история.



Требования к усилителю-формирователю следующие: коэффициент усиления - 100; полоса пропускания - 100..200 МГц; длительность выходного импульса 30..50 нс; порог, приведенный ко входу - 0.5..25 мВ. Вход и выход - 50 Ом. Схема незатейливая: два каскада с усилением 10 на ОУ AD8099, компаратор AD8561, формирователь для цифрового выхода 74HC123. Для аналогового выхода буфер на AD8055 с усилением 2 для компенсации потерь на согласование.

Печатная плата была заказана в Китае.





Плата разрабатывалась под стандартный корпус Z-23 польской фирмы Kradex.





При сборке платы некоторую сложность представляет монтаж AD8099, так как у них паяется "пузо". Чтобы не перегревать микросхему, я использовал сплав Розе. При работе тут особого нагрева нет, поэтому вполне сойдет.



При легком нагреве феном микросхемы становятся на место.



Пайка всего остального трудностей не вызывает. Чтобы ускорить процесс и уменьшить вероятность ошибки, я раскрасил на сборочном чертеже самые часто повторяющиеся номиналы маркерами. Можно было бы автоматизировать этот процесс, взяв информацию из проекта PCAD в текстовом виде. Но с другой стороны, приятно рисовать самому, это хоть немного разбавляет рутинный процесс сборки плат.



Плата собрана, но она пока грязная. При пайке микросхем я использую флюс в виде спиртового раствора канифоли. Никакими другими флюсами я не пользуюсь. Их тогда надо хорошо отмывать, что сделать вручную почти нереально. Многократно сталкивался с проблемами, вызванными сторонним флюсом: от легких глюков в аналоговых схемах, до дыма из-под микросхем. Все остальные компоненты паяю только тем флюсом, который содержится в припое, это CF-10. Хоть он состоит не только из канифоли, но данный флюс такой же безобидный. Как и канифоль, его можно вообще не отмывать. Канифольный флюс вообще может служить в качестве защитного лака для плат.





Решил навести красоту и помыл плату. Компоненты, которым может повредить флюс, сознательно пока на плату не устанавливал (разъемы, подстроечный резистор). Платы мою с помощью изопропанола.



Немного работы кисточкой, и платы чистые.





Поле этого можно допаивать разъемы. Все пайки будут снизу, их потом помыть совсем несложно.





Корпус Z-23 понадобилось несколько доработать - проделать все необходимые отверстия. Отверстия для разъемов BNC делал сначала раздельно для каждой половинки корпуса. По разметке, сделанной циркулем-измерителем, выбирал полуотверстия круглым напильником. Затем, сложив половинки корпуса, обработал отверстия специально для этой цели припасенной разверткой диаметром 12.5 мм. Пазы для разъема mini-DIN - чистая работа напильником, фрезеровать не стал, дольше деталь ставить на станок. Ну а мелкие отверстия для светодиода и подстроечника - это совсем легко, делаются несколькими движениями круглого надфиля с последующим облагораживанием развертками.



В центре корпуса есть отверстие для его сборки. В плате по центру тоже есть отверстие. Но внутри корпуса обе половинки имеют одинаковые пластиковые цилиндрические стойки. Но плату ведь надо закрепить ниже середины корпуса. Приходится в нижней половинке стойку подпиливать. Для этого я нашел шайбу нужной толщины (2 мм), надел ее на стойку и по ней отпилил ножовочным полотном. Пилить надо в глубине корпуса, изгибая полотно. Удовольствие еще то. Можно было, конечно, просто фрезернуть стойку до нужной высоты. Но план состоял в том, чтобы отпиленную часть стойки приклеить на стойку другой половинки корпуса, тогда плата окажется зажатой стойками. И этот план удался.



Настала очередь наладки плат. Для питания использую двухполярный источник PSL-515D. Про создание этого источника было много здесь написано (1, 2, 3, 4, 5). Первым делом проверяю все напряжения питания: на плате усилителя-формирователя установлены стабилизаторы +5 В и -5 В, есть еще и опорные источники для компаратора.



Кстати, это реальный пример, когда на выходе двухполярного стабилизированного источника требуются диоды, защищающие от напряжения обратной полярности. Про это пишут, например, Хоровиц и Хилл. Если эти диоды здесь не поставить, стабилизаторы не запускаются. Дело в том, что потребление от плеч +5 В и -5 В идет не раздельно с возвратным током по земле, а ток течет от +5 В прямо на -5 В. ОУ питаются именно так. При включении с источника -5 В через нагрузку небольшое отрицательное напряжение попадает на выход 78L05, ее усилитель ошибки оказывается за пределами допустимого синфазного напряжения. Он входит в некое ненормальное состояние, из которого никогда не выходит. Диоды ситуацию спасают.



Для проверки усилителя-формирователя у меня есть подходящий генератор прямоугольных импульсов. А вот мой осциллограф не способен показать истинную картину в столь быстрых схемах. Если на генераторе я выставляю длительность импульса 100 нс, то осциллограф показывает этот импульс вполне адекватно.





Но когда я уменьшаю длительность импульса до 40 нс, на осциллографе импульс становится треугольным, а дальше падает его амплитуда.





Ничего не поделать, придется довольствоваться тем, что есть. Полосу пропускания усилителя я проверить не смогу, придется надеяться на "guaranteed by design".

При подаче на вход усилителя импульсов длительностью 100 нс картина на осциллографе примерно такая же, как и напрямую с генератора (с учетом усиления, естественно).



Если на вход усилителя подаю импульс длительностью 20 нс, осциллограф его уже правильно не показывает, занижает амплитуду.



На цифровом выходе формируются импульсы длительностью примерно 50 нс, их длительность не зависит от длительности входного импульса. Именно эти импульсы будут поступать на счетчик фотонов.



И вот устройство готово. Теперь ученым будет чем заняться - чтобы пересчитать все фотоны во Вселенной, на это уйдет не одна зарплата.



Tags: electronics, работа
Subscribe

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 83 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…