実験装置の編集

[[サマーチャレンジ 2017]]

*実験装置の構成 [#rc3b0072]

実験ではステンレス製の密閉容器のなかに、シリコン検出器を載せた回路を封入します。容器の中に電場が発生するように高電圧をかけて、ラドンがα崩壊し、電荷を持った崩壊核をシリコン検出器の表面に集電吸着させて、崩壊核がさらにα崩壊する信号を検出します。 実験装置を構成する要素としては、~

+チェンバー（缶）~
+フォトダイオード及び電荷積分回路~
+波高分析回路モジュール~
++増幅回路
++微分および積分回路
++トリガー回路（コンパレータ）~
++信号電圧保持回路~
+デジタル回路モジュール（Arduino）
++アナログーデジタル変換~
++PCとのシリアル通信
+高電圧電源モジュール~
+制御用コンピューター~
+解析用コンピューター~

となります。この課題では、ものづくりを体験してもらうために、回路のほとんどを自作するようにしました。

*フォトダイオード周辺回路の基板 [#lbce33bb]
フォトダイオードを取り付ける基板で、チェンバー内に設置します。~
静電吸着を実現するために、フォトダイオード表面に負の高電圧がかかるように設計されています。

**プリアンプ [#dbf8045b]
Charge sensitive pre-amplifier（電荷敏感型前段増幅器：通称プリアンプ）。ダイオードから流れ込んだ電荷はC6(5-10pF)を蓄電する。階段状の信号を発生する。C6に蓄えられた電荷はR14(100mega-ohm)でゆっくり放電される。

CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,50%);

*波高分析回路の基板~ [#lda2e207]
以下の回路を搭載する基板です。~

**シェイパーアンプ [#nda39f7a]
CR-RC^2 shaper amp.プリアンプからの階段状の信号をC1R1で微分、C2R2で積分、C3R3で積分することでガウスに近い信号形に形作る。

**コンパレータ [#keac0ec2]
波高がthresholdの値（約100mV程度に設定する。←ノイズレベルによって調整）を超えると5Vの信号を発生する。
Arduinoへtrigger信号を作る。

**サンプル＆ホールド [#o0d93c4c]
最終的にanalog to digital converterで電圧値（アナログ信号）をchannel（デジタル信号）に変換するが、
電圧値をArduinoが読み込む間、電圧を保持しておく必要がある。Arduinoから送信されるGate信号が来たタイミングで電圧値を保持する。

CENTER:&ref(./radon_v09.pdf,50%);

//*デジタル基板（Arduino） [#z34b6c98]
//市販されているArduinoとほぼ同じ機能を有する基板。Arduinoとして単体でも使用可能。~
//デジタル基板またはArduinoを使って、色々遊んでみよう！楽譜に強い人は作曲してみて！！~
//CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,45%);

*高電圧電源の基板 [#h591b66c]
可変抵抗を調整することで、最大約-1200Vまで出力することができる。
今回は-500V程度のHVを出力する。感電しないように要注意！！！
CENTER:&ref(./Radon_v09_HV.pdf,50%);

*ハンダ付け作業時の注意 [#g48399b6]
--[[ハンダ付けの仕方:http://www.noseseiki.com/kisokouza/index.html]] ；
ハンダ付けを失敗すると動かないよ。

--コンデンサーの表記 ；
104というのは10x10**4 pFという意味。つまり、10**5 pFあるいは0.1マイクロファラッド

--極性のある電子部品；
足の長い方がプラス(Anode)

--ダイオード・LEDの向きに注意

--電解コンデンサの極性に注意

**回路基板作成後のチェック項目 [#c75b32b4]
各回路基板のハンダ付けが終わった後に、動作確認として以下の項目をチェックして下さい。~
フォトダイオードを取り付ける前にPD基板の動作確認をして下さい。

***フォトダイオード基板の動作確認 [#vdffe0f3]
+Function generatorでexponential型の信号を作り、PD出力端へ入力する~
+オシロスコープでCN1の２番ピンを確認する~

***シェイパー基板の動作確認 [#vf8350b6]
+Function generatorでパルス波またはexponential型の信号を作り、TP0へ入力する~
+TP1の出力をオシロスコープで確認する~
+微分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~
+TP2の出力をオシロスコープで確認する~
+積分回路、増幅回路が機能しているかを確認する~
+TP3の出力をオシロスコープで確認する（ピンが無いのでTAに聞いて！）~
+可変抵抗を回して、波高が変わるかを確認する~
+トリガー信号の出力が約５Vのパルス信号になっていることを確認する~
+入力信号の波高を変化させて、トリガー回路のthresholdを確認、（1Vくらいに）調整する~

//***デジタル基板（Arduino）の動作確認 [#n346d6fc]
//+PCにUSBケーブルで接続し、PCがハードウェアの認識をするか確認する~
//+Arduino IDEで書いたプログラムをuploadしてみる（プログラムは何でもよい）~

***HV基板の動作確認 [#y5689673]
+危ないのでTAに聞いて下さい~

***その他に確認する事 [#qa4973a9]
+可変抵抗を変化させて、回路の最大（最小）増幅率を調べる。~
+入力信号の波高とProcessingで保存されるADCの値の関係を調べる。~

***全ての基板を作り終えた後に確認する事 [#za8df886]
Am線源を用いて確認してみよう！
+無事に確認できたらArduino、Processingを用いた測定プログラムを作成する~
+Arduinoから出力されるGate信号をオシロスコープで確認する~
+ADC信号（信号電圧保持回路の出力）を確認する~
+Processingを用いて実際に測定を行い、出力される値が妥当であるかを確認する~

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*実験装置の構成 [#rc3b0072]

となります。この課題では、ものづくりを体験してもらうために、回路のほとんどを自作するようにしました。

CENTER:&ref(./PD_ver3.pdf,50%);

*波高分析回路の基板~ [#lda2e207]
以下の回路を搭載する基板です。~

CENTER:&ref(./radon_v09.pdf,50%);

*ハンダ付け作業時の注意 [#g48399b6]
--[[ハンダ付けの仕方:http://www.noseseiki.com/kisokouza/index.html]] ；
ハンダ付けを失敗すると動かないよ。

--コンデンサーの表記 ；
104というのは10x10**4 pFという意味。つまり、10**5 pFあるいは0.1マイクロファラッド

--極性のある電子部品；
足の長い方がプラス(Anode)

--ダイオード・LEDの向きに注意

--電解コンデンサの極性に注意

***HV基板の動作確認 [#y5689673]
+危ないのでTAに聞いて下さい~

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