Założeniem projektu było zasilenie licznika Geigera typ DOI-80 nabytego za niebagatelną kwotę 10 zł. Układ miał się cechować minimalnym poborem mocy i być możliwie tani.
Ta wersja Geigera stała się wersją testową. Finalny schemat w wersji 2 jest kilkanaście postów niżej. Dzięki opiniom poniżej wstawiłem w tym schemacie inne diody w prostowniku (UF4007), dobrałem szczelinę w transformatorze tak by układ pobierał minimalny prąd (ok. 0,5mm), powróciłem do pracy @50kHz, dobrałem też inaczej niektóre elementy. Jednak zdecydowałem się pozostawić obie wersje schematu. Tę cechuje dostępność tanich elementów - powinniśmy je dostać w byle jakim sklepie elektronicznym, wersję kilkanaście postów poniżej cechują mniejsze rozmiary i naprawdę już niewielki prąd pobierany.
Projekt jest oparty o układ zawarty na stronie http://www.teralab.co.uk/Electronics/Geiger/Geiger_Page1.htm ale został poddany modyfikacjom (nieco inne rozwiązania, bardziej dostępne i współczesne elementy dobrane pod kątem mniejszego poboru mocy).
Przejdźmy do schematu:
"Sercem" układu jest przeciwsobna przetwornica napędzana generatorem opartym o bramki NAND. Częstotliwość pracy wynosi około 50kHz.
Przebieg na kolektorze tranzystorów kluczujących transformator:
Generator jest kluczowany przez wzmacniacz operacyjny U2A który mierzy napięcie wyjściowe przetwornicy. Jeśli przekroczy ono ustaloną wartość to na wejście 13 bramki U1D oraz wejście 5 bramki U1B zostanie podany stan niski. Generator się zatrzyma a oba tranzystory przetwornicy przejdą w stan wyłączenia. Stan ten utrzyma się aż do momentu kiedy napięcie wyjściowe spadnie o ok 20V poniżej poziomu wyłączającego przetwornicę.
W praktyce generator przetwornicy jest wyłączony przez większą część czasu i uruchamia się okresowo doładowując kondensator wyjściowy przetwornicy. Przykładowy oscylogram napięcia załączającego generator:
W układzie występują trzy linie napięcia:
- napięcie zasilania, zasilające przetwornicę i wzmacniacze operacyjne, napięcie to może być dowolne, z zakresu 4 - 15V
- napięcie +3,3V ze stabilizatora LP2950 (może być użyty dowolny inny stabilizator 3,3V o małym poborze mocy) zasilające układy 74HC00, 74HC123 oraz jako gratis będące napięciem odniesienia dla wzmacniacza operacyjnego U2A. Z powodu użycia napięcia +3,3V do zasilania części "cyfrowej" układy TTL muszą być z serii HC (napięcie zasilania 2-6V). Takie było założenie projektowe, bo układy HC cechuje znikomy pobór prądu.
- napięcie +490V z przetwornicy/powielacza napięcia zasilające licznik geigera oraz układ dzielnika napięcia R2, R3 R4. W celu dalszego zmniejszenia poboru mocy można tę sekcję przeprojektować używając nawet 5 - 10x większych rezystancji. Rezystancja wejściowa U2A jest tak duża że nie obciąży on takiego dzielnika. Napięcie wyjściowe jest regulowane potencjometrem R4.
Sygnał z licznika Geigera jest kształtowany przez wzmacniacz operacyjny U2B i podawany na przerzutnik monostabilny U4A a następnie impuls wyjściowy przerzutnika steruje głośniczkiem.
Wykorzystane układy scalone cechuje znikomy pobór mocy (rzędu mikroamperów) więc prąd pobierany z zasilania jest głównie efektem pracy przetwornicy. W układzie udało się osiągnąć pobór 1mA z baterii 9V przy promieniowaniu tła (oraz 2-3mA przy zbliżeniu do radioaktywnego elementu).
Uwagi montażowe:
- Kondensatory C2, C5, C6 powinny być na napięcie min 600V. Kondensator C6 powinien być o pojemności 22- 220nF.
- transformator został nawinięty na rdzeniu F2001, L9, 4.0, AL400. Uzwojenie pierwotne 2x 70 zwojów drutem 0,15mm, wtórne 2000 zwojów drutem 0,15mm. Jest optymalne dla baterii 9V. Jeżeli zostanie użyte niższe napięcie zasilające albo licznik wymagający napięcia wyższego jak 500V może być konieczne nawinięcie więcej zwojów po stronie wtórnej. Jeśli damy radę można od razu nawinąć np 3000 zwojów bo napięcie wyjściowe i tak jest kontrolowane. Drut może być o jak najmniejszej dostępnej grubości.
W transformatorze dobrałem szczelinę tak by pobierany prąd był jak najmniejszy (minimum wyszło przy szczelinie około 0,5mm). Mniejsza jak i większa szczelina powodowała większy pobór prądu a czaszy załączenia przetwornicy były dłuższe.
Poniżej płytka drukowana i pozostałe pliki w formacie Protel DXP a także przykładowe nagranie z pracy czujnika. Nagrano promieniowanie tła a następnie promieniowanie po zbliżeniu do detektora ruskiego zegarka z promieniującymi cyframi świecącymi w ciemności.
Fajne! Ranking DIY