Biasstrom

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Der Biasstrom sorgt für die Spannung zwischen Spitze und Probe, anhand dieser abhängig des Abstandes ein Tunnelstrom fließen kann. (Für nähere Ausführungen siehe Funktionsweise STM). Da der Tunnelstrom auch stark abhängig von dieser Spannung ist, ist ein möglichst konstanter und stabiler Biasstrom erwünscht. Ansonsten würde das Rauschen des Stromes in den Tunnelstrom einfließen und entsprechend die gemessenen Daten verschlechtern. Der Biasstrom wird anschließend an den Probenträger angeschlossen.

Aufbau des Biasstrom Kreislauf

Der Biasstrom wird von einer 9V-Batterie gespeist, da Batterien von Haus aus schon einen ziemlich konstanten Spannung ausgeben. Um die Spannung weiter zu stabilisieren wird ein variabler Spannungsstabilisator eingebaut. Dieser sorgt nicht nur dafür, dass die Spannung noch stabiler ist, sondern mit diesem kann zusätzlich die Höhe der Spannung varriert werden. Der Output einer solchen Vorrichtung erzeugt also einen Strom mit einer konstanten Spannung zwischen 0,...,(9) Volt.
Erreicht wird dies mit einem LM317 Baustein. Dieser reguliert eine Eingangsspannung abhängig eines Justierungsstrom. Nebenstehendes Bild zeigt einen Stromkreis, in dem ein LM317 integriert ist. Die Ausgangsspannung hängt gemäß der Formel:

Vout = Vref × (1+ R1 / R2)

ab, wobei standardisiert Vref = 1.25 V beträgt. Als R2 wird empfohlen 240Ω zunehmen, als R1 kann ein variabler Widerstand zwischen 1,...,(10kΩ) eingesetzt werden, anhand dessen die Ausgangsspannung variiert werden kann. Zu achten ist dabei, dass die Differenz zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung groß genug ist (WIE GROß?), da ansonsten nicht gewährt werden kann, dass die Ausgangsspannung trotz Schwankungen der Eingangsspannung konstant bleibt.

Realisierung:

Dieser Schaltplan zeigt die Vorrichtung, um eine stabile Spannung zu erzeugen, die anhand des Potenziometers varriert werden kann.

Nebenstehender Schaltplan muss auf einem Steckbrett realisiert werden. Die 9V Batterie kann mithilfe eines Clips in den Stromkreis involviert werden.
Die Masse des Stromkreises wird an den negativen Pol des ADCs am Computer angeschlossen.
Der Strom mit der Ausgangsspannung wird mit einem Draht an dem Probenträger festgelötet. Also an das Messingplättchen, dass an dem Gehäuse befestigt ist (siehe Probenträger).

Liste der Bauteile

  • LM317 Baustein
  • 240Ω Widerstand
  • variabler Widerstand
  • Steckbrett + Drähte
  • 9V Batterie