Nachbau preamp Vorverstärker: Unterschied zwischen den Versionen
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Der Operationsverstärker preamp hat die Funktion, die winzigen Tunnelströme im nA Bereich (Nanoampere) in eine vom DAC verwertbare Spannung umzuwandeln.<br> | Der Operationsverstärker preamp hat die Funktion, die winzigen Tunnelströme im nA Bereich (Nanoampere) in eine vom DAC verwertbare Spannung umzuwandeln.<br> | ||
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Der preamp ist als [https://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker Transimpedanzverstärker] (engl. TIA) ausgeführt.<br> | Der preamp ist als [https://de.wikipedia.org/wiki/Transimpedanzverst%C3%A4rker Transimpedanzverstärker] (engl. TIA) ausgeführt.<br> | ||
Der preamp wird nah an der Prüfspitze direkt am Mikrosop Kopf angeklebt, um die Messleitung zur Prüfspitze möglichst kurz halten zu können und so die Störeinflüsse zu minimieren.<br> | Der preamp wird nah an der Prüfspitze direkt am Mikrosop Kopf angeklebt, um die Messleitung zur Prüfspitze möglichst kurz halten zu können und so die Störeinflüsse zu minimieren.<br> | ||
| − | Zur Vermeidung von parasitären Kriechströmen, die die Messung verfälschen würden | + | Zur Vermeidung von parasitären Kriechströmen, die die Messung verfälschen würden, umschliesst ein '''Guard-Ring''' die empfindlichen hochohmigen Komponenten. Siehe [[Guarding]]<br> |
Eine Abschirmung schützt die Schaltung vor dem Netzbrumm.<br> | Eine Abschirmung schützt die Schaltung vor dem Netzbrumm.<br> | ||
| + | == Schaltplan und PCB Layout == | ||
| + | Die Schaltung und das Layout basieren auf dem "Tunneling-Amp" von [https://github.com/jherkenhoff/STM jherkenhoff].<br> | ||
| − | + | Schaltplan und Layout wurden mit der Open Source Software [https://www.kicad.org/ KiCad] erzeugt.<br> | |
| − | Das KiCad Projekt | + | Das KiCad Projekt für den preamp kann von Github heruntergeladen werden. [https://github.com/PeterDirnhofer/Tunnelling-Amp-20 Github Tunnelling-Amp-20] |
| − | Für die '''Bestellung''' des 30x19mm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller müssen die Layoutdaten aus dem Github Folder [https://github.com/PeterDirnhofer/Tunnelling-Amp-20/tree/master/Production Production] an den Lieferanten geschickt werden. | + | Für die '''Bestellung''' des 30x19mm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller müssen die Layoutdaten aus dem Github Folder [https://github.com/PeterDirnhofer/Tunnelling-Amp-20/tree/master/Production Production] heruntergeladen und an den Lieferanten geschickt werden. Quelle z.B. [https://www.pcb-supermarkt.de/ Fischer pcb-supermarkt] |
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| − | + | Der preamp enthält nur wenige Komponenten<br> | |
| − | * der LOW NOISE, LOW-BIAS | + | * der LOW NOISE, LOW-BIAS '''Operationsverstärker U1''' [https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4627-1_4637-1.pdf ADA4673] ist speziell für Photodioden Verstärker entwickelt und eignet sich somit auch gut für die Wandlung unseres extrem geringen Tunnelstroms. Quelle z.B. DigiKey ADA4637-1ARZ-ND |
* der Feedback '''Widerstand R1''' ist mit 100 MEG Ohm sehr hochohmig, um die nötige hohe Vertärkung zu erreichen. Quelle z.B. DigiKey 13-RC1206JR-07100MLCT-ND | * der Feedback '''Widerstand R1''' ist mit 100 MEG Ohm sehr hochohmig, um die nötige hohe Vertärkung zu erreichen. Quelle z.B. DigiKey 13-RC1206JR-07100MLCT-ND | ||
| − | * Die '''Abschirmung''' [https://www.laird.com/products/emi-and-non-emi-metallic/board-level-shielding-bls/two-piece-board-level-shields/bmi-s-201-f BMI-S-201-F] von Laird Technologies wird auf die Platine über die empfindlichen Komponenten gelötet. Sie besteht aus zwei Teilen | + | * Die '''Abschirmung J1''' [https://www.laird.com/products/emi-and-non-emi-metallic/board-level-shielding-bls/two-piece-board-level-shields/bmi-s-201-f BMI-S-201-F] von Laird Technologies wird auf die Platine über die empfindlichen Komponenten gelötet. Sie besteht aus zwei Teilen: Rahmen und Abdeckung. Es kann auch die einteilige Abschirmung BMI-S-101 verwendet werden. Quelle z.B. DigiKey 903-1050-1-ND + 903-1013-ND. |
| − | * Die '''Kondensatoren C5 und C6 4,7 µF/35V''' sind als Tantal Kondensatoren ausgeführt wegen | + | * Innerhalb der Abschirmung befinden sich die Keramik-Kondensatoren '''C1,C2 47nF und C3,C4 1µF'''. Mindestens 50 Volt Typen verwenden. Quelle z.B. Reichelt KEM X7R0805 und 47N X7R-G0805 1,0/50 |
| − | + | * Die '''Kondensatoren C5 und C6 4,7 µF/35V''' sind als Tantal Kondensatoren ausgeführt wegen deren geringeren Ausmasse im Vergleich zu Elkos. '''Wichtig''': C5 und C6 müssen mindestens für 25 Volt spezifiziert sein. Beim Einlöten auf die Polarisierung achten: Die Markierung bezeichnet die Plus Seite. Quelle z.B. Reichelt TAJ 6032 4,7/35 | |
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== Hinweise zum SMD Löten == | == Hinweise zum SMD Löten == | ||
| − | + | Der preamp ist in SMD Technik ausgeführt. Einmal, weil moderne, geeignete Operationsverstärker kaum mehr in den alten DIP- Gehäusen angeboten werden und zum zweiten, weil der opamp klein werden soll, damit er möglichst nah am Mikroskopkopf angebracht werden kann.<br> | |
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| − | + | Zum Löten der SMD Bauteile die dringenden Empfehlungen<br> | |
| − | + | * Dünnes Lötzinn verwenden (Durchmesser nicht mehr als 0,5 mm)<br> | |
| − | + | * Lötflussmittel reichlich einsetzen<br> | |
| − | + | * Feine, präzise SMD Pinzette<br> | |
| − | Ein schönes Youtube Video zum Thema SMD Löten: [https://youtu.be/4GrQNH80oDY | + | * Lupe oder Mikroskop<br> |
| − | + | * Hilfreich ist auch beim Löten, das Platinchen mit einer Schlaufe aus Klebeband auf der Platinenunterseite auf einer Lötauflage zu fixieren<br> | |
| + | Ein schönes Youtube Video zum Thema SMD Löten: [https://youtu.be/4GrQNH80oDY eHaJo: Fehler/Tipps fürs SMD Löten]<br> | ||
| + | Es empfiehlt sich, das SMD Löten zuerst an einem anderen Objekt zu üben, bevor wir uns an den preamp wagen.<br> | ||
Aktuelle Version vom 18. Juli 2023, 17:43 Uhr
Schaltplan preamp
PCB mit Guard-Ring
Abschirmung
- Montage Preamp.jpg
FEHLT Montage Preamp am Mikroskop Kopf
Der Operationsverstärker preamp hat die Funktion, die winzigen Tunnelströme im nA Bereich (Nanoampere) in eine vom DAC verwertbare Spannung umzuwandeln.
Der preamp ist als Transimpedanzverstärker (engl. TIA) ausgeführt.
Der preamp wird nah an der Prüfspitze direkt am Mikrosop Kopf angeklebt, um die Messleitung zur Prüfspitze möglichst kurz halten zu können und so die Störeinflüsse zu minimieren.
Zur Vermeidung von parasitären Kriechströmen, die die Messung verfälschen würden, umschliesst ein Guard-Ring die empfindlichen hochohmigen Komponenten. Siehe Guarding
Eine Abschirmung schützt die Schaltung vor dem Netzbrumm.
Schaltplan und PCB Layout
Die Schaltung und das Layout basieren auf dem "Tunneling-Amp" von jherkenhoff.
Schaltplan und Layout wurden mit der Open Source Software KiCad erzeugt.
Das KiCad Projekt für den preamp kann von Github heruntergeladen werden. Github Tunnelling-Amp-20
Für die Bestellung des 30x19mm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller müssen die Layoutdaten aus dem Github Folder Production heruntergeladen und an den Lieferanten geschickt werden. Quelle z.B. Fischer pcb-supermarkt
Stückliste
Der preamp enthält nur wenige Komponenten
- der LOW NOISE, LOW-BIAS Operationsverstärker U1 ADA4673 ist speziell für Photodioden Verstärker entwickelt und eignet sich somit auch gut für die Wandlung unseres extrem geringen Tunnelstroms. Quelle z.B. DigiKey ADA4637-1ARZ-ND
- der Feedback Widerstand R1 ist mit 100 MEG Ohm sehr hochohmig, um die nötige hohe Vertärkung zu erreichen. Quelle z.B. DigiKey 13-RC1206JR-07100MLCT-ND
- Die Abschirmung J1 BMI-S-201-F von Laird Technologies wird auf die Platine über die empfindlichen Komponenten gelötet. Sie besteht aus zwei Teilen: Rahmen und Abdeckung. Es kann auch die einteilige Abschirmung BMI-S-101 verwendet werden. Quelle z.B. DigiKey 903-1050-1-ND + 903-1013-ND.
- Innerhalb der Abschirmung befinden sich die Keramik-Kondensatoren C1,C2 47nF und C3,C4 1µF. Mindestens 50 Volt Typen verwenden. Quelle z.B. Reichelt KEM X7R0805 und 47N X7R-G0805 1,0/50
- Die Kondensatoren C5 und C6 4,7 µF/35V sind als Tantal Kondensatoren ausgeführt wegen deren geringeren Ausmasse im Vergleich zu Elkos. Wichtig: C5 und C6 müssen mindestens für 25 Volt spezifiziert sein. Beim Einlöten auf die Polarisierung achten: Die Markierung bezeichnet die Plus Seite. Quelle z.B. Reichelt TAJ 6032 4,7/35
Hinweise zum SMD Löten
Der preamp ist in SMD Technik ausgeführt. Einmal, weil moderne, geeignete Operationsverstärker kaum mehr in den alten DIP- Gehäusen angeboten werden und zum zweiten, weil der opamp klein werden soll, damit er möglichst nah am Mikroskopkopf angebracht werden kann.
Zum Löten der SMD Bauteile die dringenden Empfehlungen
- Dünnes Lötzinn verwenden (Durchmesser nicht mehr als 0,5 mm)
- Lötflussmittel reichlich einsetzen
- Feine, präzise SMD Pinzette
- Lupe oder Mikroskop
- Hilfreich ist auch beim Löten, das Platinchen mit einer Schlaufe aus Klebeband auf der Platinenunterseite auf einer Lötauflage zu fixieren
Ein schönes Youtube Video zum Thema SMD Löten: eHaJo: Fehler/Tipps fürs SMD Löten
Es empfiehlt sich, das SMD Löten zuerst an einem anderen Objekt zu üben, bevor wir uns an den preamp wagen.
