01 离子腔室

一、前言

在这本由 TOM Petruzzellis 多年以前写的鬼才们的电子传感器实验一本书中， ·给出了很多有趣的电子传感器实验。能够放在封面上这个用于测量空气离子腔室传感器，应该是作者最为得意和感到神奇的一个装置了。值得他夸耀的应该类揣手这个实验所需要的材料非常便宜，但效果却很神奇。通过简单制作的金属离子腔室，也就是在金属罐中心固定一个金属丝，通过两个互补达林顿小功率晶体管进行电流放大之后，驱动一个 100微安的电流表，之所以右边还有对称的电路，主要是为了补偿因为温度、湿度所带来的漂移。下面就简单介绍一下手头制作的离子室的制作。在面包板上简单搭建的放大电路，看一下具体测量效果。通过这个测试，也为后面高阻抗放大电路的设计做准备。下面就让我们看一下这个既简单，又神奇的离子腔室放大电路的功能吧。

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二、制作过程

1、离子室制作

这个利用金属饮料罐制作的离子腔室是测量空气中离子的传感器，制作它使用两个部件。一个是这种铝质饮料罐。另外一个是这种同轴电缆 BNC 接头。使用电钻在金属管底部打洞之后，将 BNC 固定在金属管底部。在固定BNC 之前，在其中引线中焊接一个镀锌金属丝，作为离子室的中心电极。

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▲ 图1.2.1 制作离子室的两个部件

▲ 图1.2.1 制作离子室的两个部件

将BNC接头固定在金属管底部，内部焊接一个金属铁丝，这是最后安装后的效果。

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2、放大电路

下面介绍一下放大电路，离子室内产生的电流非常微弱，只有几十个 fA 左右。需要进行放大才行。为了简单起见，这里只在面包板上搭建了其中一半的电路。使用到两个达林顿三极管的级联，完成对于电流的放大。两个达林顿三极管的型号分别为 BC517, MPSA64。

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在电路中的 NPN型达林顿三极管是 BC517， PNP型三极管是 MPSA64 。这两个三极管都非常容易购买到。 BC517的 hFE 参数，也就是电流放大倍数大约为 44000，它的管脚分布从左到右分别为 C,B,E。应用相同的测试设备，测试 MPSA64。可以看大它的电流放大倍数大约为 41100左右，管脚分布正好与 BC517想法，从左到右分别为 C,B,E。

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在面包板上搭建电流放大电路，在 PNP 达林顿三极管集电极上，并联了一个 10微法电容，用来消除输出电压信号中 50Hz 的干扰信号。这个电路是原始电路左边部分，直接使用数字万用表测量 R2 上的输出电压。这里给出了电路各元器件的参数，其中信号滤波电容 C1 实际上可以不用施加，使用示波器观察输出电压信号的时候，增加这个电容可以使得输出波形更加平稳。