Nachbau Control Electronic
Blockschaltbild: Computer - Control Elektronik - Mikroskop mit Piezzo Scankopf und Messverstärker
Control Elektronik - Adapterplatine mit ESP32
Die Control Electronic ist auf der separaten Platine dem 'AdapterBoard' untergebracht. Die Control Electronic führt die eigentliche Steuerung des Mikroskops durch.
Adapter Board
Adapter Board mit ESP32 und ADC DACs
Die Control Electronic enthält die aktiven Komponenten
ESP32-DevKitC
mikroe ADC8 click
3 x mikroe DAC 2 click
2 x TL072
USB converter
- ESP32-DevKitC.
Auf dem ESP32 läuft das C++ Programm zur Steuerung des Mikroskops. Wir verwenden das Entwicklungsboard ESP32-DevKit Version C mit 30 pin.
Die Programmierung des ESP32 ist beschrieben in Programmierung ESP32
- 3 Digital Analog Converter DAC X,Y,Z. Die Ausgänge X Y und Z werden Spannungs-verstärkt und steuern den Piezo für die Position der Messspitze an
- Analog Digital Converter. Der ADC misst die Spannung, die vom Strom-Spannungswandler preamp erzeugt wird. Der ADC Wert ist somit das Mass für den Tunnelstrom.
Die DACs werden mit der internen Referenz betrieben. Entsprechend werden die Lötbrücken auf den DAC boards gesetzt.
Hinweis: Alle aktiven komponenten werden nicht direkt eingelötet sondern gesockelt. Für die beiden Operationsverstärker verwenden wir IC Sockel. Die Steckboards werden in Sockelleisten gesteckt
Preamp Vorverstärker
Der Vorverstärker ist auf einer kleinen Platine 'preamp' untergebracht. Die Platine ist in SMD Technik ausgeführt um möglichst klein zu werden und möglichst nah an der Prüfspitze plaziert werden zu können.
Zum Löten der SMD Bauteile die dringende Empfehlung:
- Dünnes Lötzinn verwenden (0,5 mm)
- Lötflussmittel
- Feine, präzise SMD Pinzette
- Lupe oder Mikroskop
- Hilfreich ist auch, das Platinchen mit einer Schlaufe aus Klebeband auf der Platinenunterseite auf einer Lötauflage zu fixieren
Ein schönes Youtube Video zum Thema SMD Löten: Youtube SMD Löten
Der Vorverstärker verwendet den Operationsverstärker AD7801. Er ist als Strom-Spannungswandler = Trans Impedanz Amplifier "TIA" beschaltet. Die Beschaltung stammt aus Christof Ermer TIA
Da winzige Tunnelströme im Nano Ampere Bereich gemessen werden, ist die Schaltung sehr empfindlich und muss nah an der Prüfspitze montiert werden.
Als Verbindung zwischen der Prüfspitze und dem TIA Eingang verwenden wir ein möglichst kurzes Stück dünnen Kupferlackdraht.
Twisted Pair, Potential Opamp + Eingang
Eine Abschirmung kann das Ergebnis verbessern, z.B. aus beschichteter Pappe der Verpackung von Dickmanns Schokoküssen.
Um parasitäre Kriechströme zu minimieren - die parasitären Ströme sollten ja nicht grösser sein als die winzigen zu messenden Tunnelströme - wird der empfindliche Eingang der OP (-IN) nicht auf die Platine gelötet, sonder steht in der Luft.
FOTO
OPEN LINK KI-CAD
OPEN BOM
