MITTAUSTEKNIIKAN ERIKOISTYÖ Bootstrap-vahvistin

Transkriptio

1 MITTAUSTEKNIIKAN ERIKOISTYÖ Bootstrap-vahvist

2 1 JOHDANTO VAHVISTIN Mikä on bootstrap? Vahvistimen lohkojen teoreetten tarkastelu Vahvistimen siirtofunktion johto Malltamen VAHVISTIMEN TOTEUTUS komponenttivalnat Piirilevyn suunnittelu, piirto ja teettämen Koteloti Kokoamen TESTAUS Siirtofunktio eri takaiskytkentävastuksilla Mittaukset LOPPUSANAT Yhteenveto projektista

3 1 JOHDANTO Tämä vahvist toteutetti mittaustekniikan erikoistyönä germanium-pohjaisten fotodiodien käyttämiseen lähi-frapuna-alueen (no nm) valon havaitsemiseen. Käytettävät diodit ovat suuria pta-alaltaan (no 10 mm x 10 mm) ja toimivat siten parhaiten hitaasti (DC) muuttuville valon tensiteeteille. Sitä käsitellään työssä eräänlaisena ohjattuna virtalähteenä, jonka syöttämä virta kasvaa valaistuksen myötä. Keskeen ongelma diod tutkimisessa on sen tarjoaman virran pienuus ja matala rnakkaisvastus, joka aiheuttaa epäleaarisuutta kytkettynä virtajännitemuuntimeen, jolla on sisäänmenoimpedanssia. Toteutetun vahvistimen on tarkoitus toimia vahvistavana virtajännitemuuntimena, jota kohteesta saataisi tarkkaa tietoa kasvattamalla näennäisesti sen rnakkaisresistanssia. Toisaalta myös virran muuttamen jännitteeksi helpottaa mittaamista. Perusidea on yksikertaisesti vahvistaa diod antamaa virtaa ja muuttaa se jännitteeksi, joka on helppo mitata. Ratkaisun problematiikka liittyy diod impedanssi. Yleisesti ottaen diod shunttivastus, eli sen omaisimpedanssi, on erittä pieni. Tämä aiheuttaa ongelmia mittaamisessa tarvittavilla suurilla vahvistuksilla ilmeten tulosten epätarkkuutena. Siksi työssä on suurivahvisteisen piir oheen lisätty impedanssikertoja, joka kasvattaa jälkimmäisen lohkon näkemää shuntti-impedanssia siten, että mittaustarkkuus säilyy hyvänä, sillä virta kulkee nyt pääasiassa virta-jännite muuntimen läpi. Vahvistimen toteutus myötäilee suurelta os G.Eppeldauer ja R.Mart artikkelissa "Photocurrent Measurement of PC and PV HGCdTe Detectors" [1] esittelemää bootstrap vahvistta. 3

4 2 VAHVISTIN 2.1 Mikä on bootstrap? Pienten virtojen problematiikka liittyy vahvistamistarpeeseen. Pieniä virtoja ei voida siirtää pitkiä matkoja johtimissa, sillä häiriöt ja hävikit alkavat helposti domoimaan. Siksi, jotta virtoja voitaisi mitata riittävän tarkasti, on signaali ens vahvistettava käytännölliselle tasolle. Vastaavasti, jotta voitaisi toteuttaa suuria vahvistuksia, ilman, että signaali kytkeytyy merkittäviä häiriöitä, on signaalilähteen omaisimpedanss, eli rnakkaisresistanss, oltava riittävän suuri. Mitattavalla fotodiodilla tämä on tyypillisesti pieni, joten tukipiiri on tarpeen. Termillä bootstrap viitataan tekniikkaan, jossa komponent omaisimpedanssia kasvatetaan elektronisen kytkennän avulla. Tässä työssä käytettävä bootstrap lohko rakentuu yksikkövahvistimen ympärille rakennetusta impedanssikertojasta. Lohko on kuvattu kuvassa 1, jossa diodia on mallnettu rnakkaisvastuksella R d, rnakkaiskondensaattorilla C d ja vaihtojännitelähteellä V. Kuva 1. Impedanssikertoja-lohko 4

5 2.2 Vahvistimen lohkojen teoreetten tarkastelu Vahvistimen + -napaan tuleva virta on I ( s) = = Yd [ V ( s) Vout ( s) ] ( G + sc )[ V ( s) V ( s) ] d d out (1), missä V diod luoma jännite ja V out vahvistimen ulostulosta saatava jännite. I on sisään tuleva virta, Y d fotodiod admittanssi. Kaavaa saadaan hyödynnettyä korvaamalla sisään ja ulostulevat jännitteet vahvistuksella. Suljetun silmukanvahvistus voidaan laskea kaavasta A 0 Vout ( s) A( s) = = (2) V ( s) 1+ A( s), missä A(s) on avoimen silmukan vahvistus. Sijoittamalla vahvistus kaavaan (1), saadaan. V ( s) = [ A ] Y d (3) out I ( s) VYd 1 = V ( s) 1 0 V ( s) Soveltamalla Ohm lakia kaavaan (3), saadaan selville kasvanut rnakkaisimpedanss lauseke. V ( s) Z 1+ A( s) = (4) [ 1+ A( s ] Z d d Z = = Z d = ) I ( s) 1 A0 1+ A( s) A( s) Olettamalla domoiva napa tunnetuksi, saadaan laskettua lohkon taajuusvaste. A0 A( s) = τ s + 1 (5) 5

6 Lopulta sijoittamalla saatu vahvistus impedanss kaavaan (4), saadaan impedanss taajuusvasteeksi Z ( s) s 1+ ω = τ u ( s + 1)( sr C + 1) d d R (6a) = d 1 A 0 ja ω = A +1 0 u (6b,c) τ, missä R R ( ) + Spekseistä [2] saadaan käytettävälle vahvistimelle tyypilliset arvot A 0 = 200 ja τ = 100ms. Näiden arvojen avulla saati laskettua Z taajuusalueessa. Käyrä on kuvassa 2 ja siitä voi päätellä impedanss olevan vakio ja arvoltaan no 201kΩ matalilla taajuuksilla, joita tässä työssä käytetään. R d :lle käytetti laskuissa arvoa 1kΩ ja C d :lle arvoa 1nF. Matlab-makro on liitteessä 6. Kuva 2. Sisääntuloimpedanss Z taajuusvaste 6

7 Liitettäessä impedanssikertoja vahvistlohkoon saadaan aikaan tavoiteltu omaisuuksiltaan parempi virta-jännitemuunn. Signaalia itsessään vahvistavan virtajännitemuunn-lohko tehtävänä on tuoda mitattava suure käytännölliselle mittausalueelle. Tämä lohkon on toteutettu suurilla vahvistuksilla stabiloidulla vahvistimella, joka on negatiivisesti takaiskytketty. Kuvassa 3 on esitetty molemmat lohkot yhdessä, kuten lopullisessa piirissä. Kuva 3. Transimpedanssivahvist yhdistettynä impedanssikertojaan 7

8 8 2.3 Vahvistimen siirtofunktion johto Jotta piiri olisi helpompi analysoida, piirretään sijaiskytkentä, joka on kuvassa 4. Kuva 4. Vahvistkytkennän sijaiskytkentä laskemista varten Sijaiskytkennästä saadaan laskettua toisen asteen - -napaan tuleva virta I 2 (s) sekä toisen asteen antama ulostulojännite U out (s) I(s):n funktiona. ( ) T d Z s V A s V Z A s V A A A s V s I 1 ) ( ) ( 1 ) ( 1 ) ( ) ( = (7) ) ( ) ( 0 s I R s V T = (8) Näiden avulla saadaan laskettua koko järjestelmän siirtofunktio fotodiod tuottaman virran suhteen = ) ( ) ( A C sr G R C sr A C sr R s I s V d T d T T T T T T (9)

9 2.4 Malltamen Toteutettavassa laitteessa takaiskytkentävastukselle valitaan haluttu arvo kuudesta vaihtoehdosta käyttäen kiertokytktä. Kiertokytkimen resistanssi R c on alle 10mΩ. Vastaava kytkentä on esitetty kuvassa 5, jota voidaan käyttää malla myös simuloitaessa. Kuva 5. Simulaatioissa käytetty vahvistmalli Tuotemäärittelyistä [2] saadaan toisen asteen vahvistimen tyypilliseksi avoimen silmukan vahvistukseksi A 2 =200; Ja kuten edellisessä mallnuksessa A 1 =200. Lisäksi käyttämällä C T :lle arvoa 10nF ja R T :lle kuutta ennalta määrättyä arvoa, saadaan laskettua kytkennän siirtofunktion ideaalen taajuusvaste. Käyrä on kuvassa 6. 9

10 Kuva 6. Vahvistimen siirtofunktion taajuusvaste 10

11 3 VAHVISTIMEN TOTEUTUS 3.1 komponenttivalnat Kun lopullen toteutus oli päätetty, alkoi työn toteutusvaihe, jonka aloitti komponenttien hankta. Komponenttien hanknassa oleellista oli niiden tarkkuus ja mahdollisimman suuri stabiilisuus, sekä yhtenevyys työtä taustalla ohjanneeseen artikkeli [1]. Tärkeimmät komponentit laitteen toimnan kannalta olivat vahvistimet. Ensimmäisen asteen vahvistimeksi valitti Texas Instruments TL071 [2], joka on yksikkövahvist. Toisen asteen vahvistimeksi valitti ni ikään TL071 [2]. Artikkelissa [4] käytetti BB operaatiovahvistimia OPA027 ja OPA037, joita en kuitenkaan saanut omassa laitteessani toimimaan. Vastaavasti perusoperaatiovahvist TL071 [2] tuntui toimivan erittä hyv ja päädy käyttämään niitä työssäni. Toen tärkeä komponenttiryhmä oli takaiskytkentävastukset R T. Vastukset olivat arvoltaan 10kΩ, 100kΩ, 1MΩ, 10MΩ, 100MΩ ja 1GΩ. Nämä valitti Caddock electronics tarkkuusvastusvalikoimasta siten, että 10kΩ-10MΩ vastukset saati yhteiskantaisesta vastuksesta [1], 100MΩ tyyp 0418 [2] vastuksesta ja 1GΩ tyyp MG735 vastuksesta. Myös kiertokytkimen laatu oli tärkeä, sillä sen kytkentävastus vaikuttaa takaiskytkentään ja toisaalta sen tulee olla myös kulutusta kestävä. Käytännössä kytkentävastus on alle 10mΩ, eli erittä pieni takaiskytkentävastuksi nähden, joten se ei varsaisesti vaikuta tarkkuuteen. Mutta koska vastuksissak on pyritty suureen tarkkuuteen, on tähän syytä pyrkiä myös kiertokytkimen kohdalla. Nipä kiertokytk etsitti Farnell valikoimista ja vertailevan tutkimuksen perusteella päädytti valitsemaan Elman type 01:n 10-asentoen kytk [2]. Kondensaattoreilla oli merkitystä va häiriöiden suodatuksessa ja laskennallisesti niiden tarkkuudella ei juuri ollut merkitystä. Oleellista niiden valnassa oli va, että C T =1nF ja käyttöjännitteiden väli kytketyt kondensaattorit 100nF. Komponenttilista on liitteessä 3 ja tuotemäärittelyt liitteenä 2. 11

12 Liittimien valnassa käytetti perustana liitoksen kriittisyyttä. Oleellisimmat liitokset ovat fotodiod liitos ja ulostulojänniteliitos. Näissä päädytti käyttämään BNC liittimiä. Käyttöjännite- ja maaliitännät tehti tavallisilla banaaniliittimillä. Kotelon valnasta kerrotaan kotelon yhteydessä. Kaikki komponentit paitsi liittimet ja kotelo tilatti farnellilta. Liittimet ja kotelo tilatti kouluelektroniikasta. Osaluettelo on liitteessä 3 piirikaavio yhteydessä ja komponenttien tuotemäärittelyt liitteessä Piirilevyn suunnittelu, piirto ja teettämen Kun lopullen piiri ja komponenttivalnat oli tehty, voiti aloittaa piirilevyn suunnittelu. Oleellista oli saada piiri mahdutettua mahdollisimman pieneen tilaan. Nä vähennetti häiriöiden kytkeytymistä. Toen asia, joka päätetti etukäteen, oli, että varsaisesta piirikaaviosta tehtäisi yksipuolen ja tausta peitettäisi yhtenäisellä johteella, joka maadoitettaisi ja yhdistettäisi koteloon. Tämän toimenpiteen tarkoitus oli ni ikään suojata piiriä häiriöiltä. Tältä pohjalta edetti suunnittelemaan layoutia. Piirilevyn piirtämisessä käyt Cadence Layout Plus-ohjelmaa, joka on optimoitu piirilevyjen suunnitteluun. Alun per aloit työstämisen piirtämällä ens Cadence Capturella piirimall, joka kääntyi kätevästi Layoutohjelmaan. Nä sa osan rei ityksistä valmia. En kuitenkaan löytänyt mieleistäni mallia monijalkaiselle vastukselle, joten tältä os mittas jalkojen etäisyyden viivoittimella ja piirs reiät piirilevyyn. Piirtämisessä sääd asteikon mm:ksi ja käyt measurement työkalua. Piirrosmerkkä käyt tavallista (DEFAULT) juotettavaa reikää. On todennäköistä, että kannalle löytyisi valmis piirrosmerkki uudemmista ohjelmakirjastoista, mutta kohtuullisella työmäärällä selvitti näk. Merkillepantavaa on kuitenk, että näytön tarkkuus kannattaa säätää mahdollisimman tarkaksi, sillä muuto tällä tavalla on erittä vaikea piirtää kelvollisia piirimerkkejä. Tätä samaa menetelmää sovels myös suuren (1GOhm) vastuksen sekä kolmannen tarkkuusvastuksen paokuvion piirrossa. Kun piirtämen oli valmis varmist 12

13 piirikuvion toimivuuden tulostamalla sen ja kokeilemalla osuvatko jalat todella kohdalleen. Myöskään käytetyille operaatiovahvistimille ei suoraan löytynyt mallia käyttämistäni kirjastoista, mutta spekseistä sa tietää kotelon tyyp ja vastaavalle kotelotyypille löytyi piirilevymalli. Diodi liitetti BNC-liittimellä, joten sen kytkentäjohtojen paikat aset yksikertaisesti kapasitanss piirrosmerkillä. Kun komponenttikuviot oli saatu valmiiksi, tuli johdotuksen vuoro. Aloit johdotuksen liittämällä nastat yhteen loogisilla kytkennöillä (network connection), jonka jälkeen varsaiset johdvedot saattoi tehdä. Automaatten johdotus oli tässä tapauksessa aivan liian kömpelö ja oli parempi tehdä johdotus itse. Aset johtimen leveydeksi 0.30mm, joka on hiukan oletusarvoista leveämpi. Lisäksi käyt 0.50mm levyistä johdta käyttöjännitteille, joille suositellaan käytettävän hiukan leveämpää johdta ku perusjohtimille. Tarkistustyökalulle (DRC) aset ohjearvoksi, etteivät johtimet saaneet olla 0.20mm lähempänä toisiaan ja muutenk välttel ahtaita vetoja, esimerkiksi operaatiovahvistimen jalkojen välistä, mahdollisuuksien mukaan. Muuto komponenttien alaista pta-alaa hyödynnetti mahdollisimman tehokkaasti. Varsaisen piirikaavion lisäksi lisäs levylle paatuksena oman nimeni sekä signaalijohtimien kohdalle sopivan merk, jotta ne tunnistaisi kokoonpanovaiheessa. Valmis piirilevy on 2:1 kuvana liitteessä 4. Kuva layoutista on kuvassa 6. Kuva 7. Piir layout 13

14 Valmi piirilevyn teettämen toteutetti Teknillisen korkeakoulun elektroniikan valmistustekniikan laboratoriossa. Sitä varten piirikuvio piti tallettaa poraustiedostona (gerber file) mittis.gtd. Tämä tapahtui valitsemalla drill chart osaksi post-prosessotia, jollo ajettaessa automaatten post process -toimto, ohjelma loi poraustiedoston. Vaihtoehtoisesti myös tulostettu versio piirikaaviosta olisi kelvannut piirilevyn valmistamiseen. Tällö piirikaavio olisi pitänyt toimittaa 2:1 kuvana, jotta levy voitaisi syövyttää tarkasti. Toen huomioitava asia oli, että syövyttäjälle piti kertoa haluavansa piirilevyyn yhtenäisen johdetaustan. Tällö hän toteutti kuvion kaksipuoliselle piirilevylle, jossa toiselle puolelle tuli kuvioti ja toiselle jäi yhtenäen johdepta. Reiät eivät tällö luonnollisesti voeet olla läpikuparoituja. Valmiissa piirilevyssä oli työssä käytetyn ohjeen mukaan kaikkien reikien halkaisija 0.9mm. 1GOhm resistanssi vaati kuitenk 1mm reiät ja ne olivat porattava itse. Lisäksi piti kasvattaa ruuvien reikiä piirilevyllä 3mm:ksi. Poras tarvittavat reiät TKK:n sovelletun elektroniikan laboratoriossa. 3.3 Koteloti Kun piirilevyk oli saatu valmiiksi, voiti alkaa miettimään sopivaa koteloratkaisua. Häiriöiden vaikutuksen mimoimiseksi, kotelon tuli olla metallia ja mahdollisimman pieni. Kouluelektroniikan ja Farnell välillä tehdyn vertailun pohjalta päädy tilaamaan kouluelektroniikasta Hammond valmistaman valualumiikotelon, jonka mitat olivat 117x92x55mm. Vaike sovitettava mitta oli korkeus. Kiertokytk ja piirlevyn alle tulleet korokekannat vaativat kotelolta tilaa aak 40mm. Vastaavasti muut dimensiot nä korkeissa koteloissa olivat epäsuotuisat. Nipä toteutuksessa käytetty kotelo on hiukan tarpeettoman laaja pohjapta-alaltaan. Itse kotelon hanknan lisäksi kotelotia varten täytyi myös suunnitella koteloon rei itys liitäntöjä, korokeruuveja ja kiertokytktä varten. Liittimiä varten tarvitti yhteensä 5 reikää, korokeruuvit tarvitsivat 4 reikää ja kiertokytktä varten täytyi porata yksi reikä. 14

15 Reikien koot ja paikat määritetti viivoittimella ja kotelo poratti tavallisella verstasporakoneella. Kriittisimmät rei istä olivat luonnollisesti korokeruuvien paikat, sillä ne riippuivat täys rei istä piirilevyllä. Niiden määritys tapahtui siten, että aset piirilevyn kotelon pohjalle ja piirs reunaviivat. Sitten piirs lävistäjät nurkasta nurkkaan ja mittas viivoittimella reiän paikan lävistäjää pitk. Pisteet asettuivat 3mm päähän kulmasta. Kotelon kaaviokuva porausreikeen on kuvassa 8. Liittimien reikien paikalla ei puolestaan ollut yhtä suurta merkitystä ja riitti kunhan ne olivat piirilevyn yläpuolisella tasolla, jotta niiden liittämen piiri olisi mahdollisimman ykskertaista. Kuva 8. kotelon kaavakuva 15

16 3.4 Kokoamen Kun piirilevy ja kotelo oli saatu valmiiksi, täytyi laite vielä koota. Komponenttien juottamen tapahtui kotona, jossa käytössä oli riittävän teräväkärken ja lämpötilaltaan säädettävä kolvi. Juotoslämpötilan tuli olla riittävän alhaen, sillä alumiijohtimet olivat erittä herkkiä irtoamaan alustasta. Sällään kokoamen oli vars suoraviivaen operaatio, kunhan muisti olla varovaen herkän piirilevyn kanssa. Lisäksi operaatiovahvistimille käytetti kantoja, jotta ne eivät rikkoontuisi juotosvaiheessa. Komponenttien asettelun kannalta oleellista oli huomata, että litteät, mutta korkeat tarkkuusvastukset piti kinittää ni syvälle piirijalkoja myöten ku mahdollista, jotteivät ne koskettaisi kotelon pohjaa kantojen ollessa matalammat. Johtimien osalta oli oleellista käyttää riittävän kestävää johtoa riittävän pitkä pätkä. Käyt itse aluksi liian huonolaatuista johdta ja te johtimet liian lyhyiksi, jonka seurauksena ne katkeilivat jatkuvasti laitetta muokatessa. 16

17 4 TESTAUS Koska vahvist on tarkoitus ottaa käyttöön matalataajuisen signaal tutkimisessa, on sen testauksessa mielenkitoista lähnä siirtofunktion toteutumen tasavirralla, kun käytetään eri takaiskytkentävastuksia. 4.1 Siirtofunktio eri takaiskytkentävastuksilla Työn kannalta oleellista oli testata kuka toteutettu vahvist toteuttaa sille teoreettisesti lasketun vasteen eri takaiskytkentävastusten arvoilla. Vahvistus eri takaiskytkentävastuksilla taajuudella nolla on kuvassa 9. Kuva 9. Laskennallen vahvistus eri takaiskytkentävastuksen arvoilla 17

18 Kuvasta nähdään, että vahvistus on suoraan verrannollen takaiskytkentävastuksen arvoon ja absoluuttiselta suuruudeltaan samansuuruen takaiskytkentävastuksen kanssa. Tämä tulisi todentaa testauksessa. 18

19 4.2 Mittaukset Testatakseni siirtofunktion toteutumista, mittas vahvistimen ulostulojännitettä sisään tulevan virran funktiona. Virtalähteenä käyt kalibrotivirtalähdettä ja ulostulojännitteen mittaamiseen HP:n jännitemittaria. Mittaukset suoritetti TKK:lla mittaustekniikan laboratorion tiloissa. Testausmittauksessa mitatti ulostulojännite käytännölliseltä alueelta, siten, että jokaisella vahvistustasolla mitatti ulostulojännitetasot 10mV, 100mV, 1V ja 10V. Tämä oli helppo todentaa, sillä teoriassa vahvistuksen pitäisi kasvaa suorassa suhteessa takaiskytkentävastukseen nähden. Esimerkiksi 10kΩ takaiskytkentävastusta käytettäessä 100µA virta näkyy 1V:n ulostulojännitteenä. Mittauspöytäkirja on liitteenä 5. Mittausten perusteella piirs kuvaajan, jossa on ulostulojännite sisääntulovirran funktiona. Lisäksi, jotta vois vertailla tuloksia teorian kanssa, piirs myös teoreettisen kuvaajan. Mittaustulosten perusteella saatu kuvaaja on samassa kuvassa teoreettisen kuvaajan kanssa kuvassa 10. Kuvat on piirretty jokaiselle vahvistustasolle erikseen. 19

20 Kuva 10. Mitattu ulostulojännite sisääntulovirran funktiona eri vahvistuksilla, teoreettisesti(s) ja mittausten perusteella (pun) Kuvasta havaitaan, että vahvist toimii erittä tarkasti teorian mukaan käytettäessä neljää matalta vahvistustasoa. 100M vahvistus alkaa jo tuottaa virhettä, joka kasvaa mentäessä korkeampi vahvistuksi. 1G vahvistus on odotetustik melko epäleaaren. 20

21 5 LOPPUSANAT 5.1 Yhteenveto projektista Projekt tavoite oli toteuttaa bootstrap-vahvist, jota myöhemm käytettäisi germanium-pohjaisten fotodiodien mittaamiseen. Ratkaistava ongelma on diod matala omaisvastus, joka heikentää mittaustarkkuutta suurilla vahvistuksilla. Toteutetun vahvistimen ensimmäen aste kasvattaa tätä vastusta mahdollistaen suurtenk, tässä jopa 10 9, vahvistusten käyttämisen. Vahvistimen toteutus myötäilee suurelta os G.Eppeldauer ja R.Mart artikkelissa "Photocurrent Measurement of PC and PV HGCdTe Detectors" [1] esittelemää bootstrap vahvistta. Erona tähän toteutukseen on käytettyjen operaatiovahvistten tyyppi. Alun per tarkoitus oli käyttää samoja vahvistimia OPA027 ja OPA037, mutta työn edetessä en saanut niitä toimimaan kytkennässä. Siksi toteutuksessa nämä korvatti Texas Instruments matalakohaisilla TL071 operaatiovahvistimilla, joiden kanssa saati hyviä tuloksia. Piirilevyn valmistus toteutetti TKK:n valmistustekniikan laboratoriossa, mutta muuten valmistus tapahtui omatoimisesti. Eli projekt kuluessa suunnitelti piirilevy, koteloti ja toteutetti ladonta ja koteloti itsenäisesti. Koteloti kuului myös tarvittavien reikien poraamen. Työhön liittyvät mittaukset toteutetti pääos TKK:n mittaustekniikan laboratorion tiloissa, jossa käytössä olit tarkat ja kalibroidut mittausväleet ja virtalähde. Ensivaiheessa vahvistimen toimta todetti karkeasti käyttämällä germanium-diodia ja toteamalla dekadivahvistuksen toimivan hyv. Tätä testausta tehti sekä koekytkentälevyllä, että valmista toteutusta koetellen. Varsaiset testausmittaukset tehti käyttäen kalibrotivirtalähdettä, jonka avulla tutkitti siirtofunktion toteutumista eri vahvistuksilla. 21

22 Testausvaiheen mittaustulosten perusteella toteutettu vahvist toimi hyv. Etenk neljällä matalimmalla vahvistustasolla, 10k:sta 10M:aan, lasketut ja mitatut tulokset osuivat eromaisesti yhteen. 100k vahvistuksella alkoi odotetusti ilmetä epäideaalisuuksia ja pientä virhettä tuloksi syntyi. Tämä virhe kasvoi edelleen mentäessä 1G:n vahvistukseen. Positiivista oli kuitenk, että jopa tällaisilla vahvistuksilla anto pysyi stabiila. Samo oli positiivista, että erityisesti -10V:n tasolle mitatut tulokset pysyivät kaikilla tasoilla hyv lähellä teoreettisia arvoja. 1G:n vahvistuksellak virhe oli va no 150mV, mikä oli odotettua pienempi virhe. Lisäksi vaikka kaavailtuja operaatiovahvistimia ei nyt otettu käyttöön, on piirissä kannat, joih ne on helppo vaihtaa kun niiden pnijärjestysk on sama ku TL041:llä. Kokonaisuudessaan työn voi siis sanoa onnistuneen hyv. Vaikeuksia oli välillä, mutta kun ne selvitetti, ni saavutettu tulos oli kaik puol eromaen. 22

23 LIITE 3 Piirikaavio ja komponenttiluettelo Osanro tyyppi valmistaja tyyppi koko lkm 1 kapasitanssi 100nF 100nF 2 2 kapasitanssi 1nF 1nF 1 3 operaatiovahvist Texas Instruments TL tarkkuusvastusryhmä Caddock electronics k-1MΩ 1 5 tarkkuusvastus Caddock electronics kΩ 1 6 tarkkuusvastus Caddock electronics MG735 1GΩ 1 7 kiertokytk Elma type asentoen 1 8 bnc-liit metallirunko 1 9 bnc-liit eristetty runko 1 10 banaani-liit 3 11 kotelo Hammond valualumii 117x92x55mm 1

24 LIITE 5 Mittauspöytäkirja Jännitemittari: - HP yleismittari - laiterekisterumero: kalibrotitodistus: INT-011 syyskuu 2004 Virtalähde: - kalibrotivirtalähde - S/N: 333 Tulovirta Vahvistus 1mA 100µA 10µA 1µA 100nA 10nA 1nA 100pA 10pA 10^4-10,0012-1, , , ^5-10,0013-1, , , ^6-10,001-1, , , ^7-9,9995-0, , , ^8-9,9845-0, ,0877-0, ^9-9,849-0, ,028 0,118 Talukko 1. Mittaustulokset, eli antojännite (V) tulovirran suhteen (A)