Замер напряжения (тока) с фотоумножителя

Всем привет!

Есть следующая проблема. Фотоумножитель Hamamatsu R7600U после замера фотонов выдаёт напряжение от 0 до минус 40 Вольт. (Соответственно ток от 0 до 0.1 mA). Вот его даташит: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/R7600U_TPMH1317E.pdf
Что бы померять его отрицательное напряжение, оно пропускается через инвертирующую схему ОУ: https://monosnap.com/file/uloqekYZcqKUi0hKkZnvFmI9aF8JMv
Хотелось бы видеть именно такую характеристику вольтажа, т.е. из -40 Вольт делаем падение напряжения до -5 Вольт, и затем -5 Вольт инвертируем до +5. (Вольтаж от 0 до +5 Вольт далее меряется Ардуиной).
Всё было бы идеально, если бы не одно "но": внутреннее сопротивление фотоумножителя 2-3 МегаОма. Поэтому, если мы учтём это на схеме, получается вот такой вольтаж: https://monosnap.com/file/QIVRg84U1aOHvP7EN0FMUG008Ksp8Q
Т.е. лимит не до +5 Вольт получился, а до милиВольт. И съехала точка нуля. Что совершенно не подходит.

Прошу помощи, как расчитать схему инвертора с учетом огромного внутренного сопротивления ФЭУ, что бы на выходе был предел до +5 Вольт. Т.е. происходила корректная инверсия вольтажа из -40 Вольт в +5 Вольт, как на первой схеме.

Спасибо.

 

1) Перед инвертором можно включить повторитель на ОУ с FET-входом (например TL061 - нужно уточнить параметры ОУ).
2) МК может работать не в диапазоне 0..+5V, а в диапазоне -5V..0, тогда ничего инвертировать не нужно, но цифровой интерфейс придется развязать оптопарами.

 

По первому пункту чего от ОУ перед инвертором нужно добиться? Какая у него схема подключения будет?

 

этим вы обрекаете себя и нас на еще пару - тройку месяцев ответов в стиле "из закона Ома и таблицы умножения следует....."

нет, вам нужно ток 0.1 мА преобразовать в напряжение 5 В. Это совсем другая задача и решается тем же операционником. У вас ведь фэу - не источник напряжения, а источник тока. Нагрузите его на 500 Ом, сделайте обратную связь в операционнике для к.у. =100, и будет вам измерение с точностью лучшей разрешения АЦП. К тому же конечность выходного сопротивления фэу можно учесть и пересчитать результат.

 

Ну как бы да. Мы тут в нашем супернаучном центре покумекали:
Если максимальный ток 0.1мА и нужно 5В на выходе, то получается резистор R1 = 50кОм.
Мужики набросали такую схему: https://monosnap.com/file/9D0qXfaUGLgLCZOsYQzf8VdX00HDIG
А я пытаюсь её у себя в TINA-9 повторить, получается полная фигня: https://monosnap.com/file/CNF0CrtphVurZDUuhuWmdddcZhQ76T
Нет линейной зависимости тока от напряжения

Что я делаю не так?

 

Ваша схема не будет работать.
вот эта будет


смотрите рис. 17 тут http://cxem.net/beginner/beginner96.php
Разницу почувствуете между этой схемой и схемой "от мужиков"?
и сапрессоры на вход не забудьте, это может быть просто двойной диод.
разница вот в чем (не смотрите сразу, попробуйте сами догадаться)

 

Да причем тут биполярное питание??
Вот классическое однополярное подключение из учебника: https://monosnap.com/file/aKAyqgneP8BzvkDozOZjdkhkoc3Upr
Вот схема рабочая и собранная: https://monosnap.com/file/Ji4udqxRa5kKxOT15XSLIIHOyXNGM2
Вот у меня что собрано:
-3,425 Вольта: https://monosnap.com/file/NsVHeNrcSgpVb4Y55HjUC6OoMzXI12 инвертируется в 3,441 Вольта: https://monosnap.com/file/QQSoPeAOVKeziIle8EljZvbwEqViH5

Вопрос сейчас стоит как 0-0.1mA с ФЭУ сконвертировать в 0-5В. Что бы линейная зависимость была тока от напряжения.

 

При том что для инвертирования знака сигнала именно биполярное питание и нужно. Обратите внимание на знаки напряжений на рисунке "классическое однополярное подключение из учебника" и посмотрите диапазон допустимых входных напряжений в даташите операционника.

 

Не нужно двухполярное для схемы включения в качестве инвертора. Инвертор работает и при однополярном подключении. Диапазон вводимых напряжений по даташиту от -0.3 Вольт до 30 Вольт. В точке "-" напряжение болтается около нуля, а именно: https://monosnap.com/file/w2ZjyuPxnicAxrf5V2BaGAtmsrVMIf Т.е. противоречий здесь нет, схема рабочая.

Как ток то с ФЭУ померять?

 

это ограничение по безопасности, а не по рабочему диапазону. Если вы подадите на вход -0,3 В, то операционник у вас не сгорит, но ни о какой работе как операционника при входном напряжении -0.3 В и речи нет. Смотрите рабочий диапазон входных напряжений, от должен быть где-то от 0,3 В до Vcc-0.3 V или около того.

А эксперимент показал, что нерабочая. Значит есть противоречие? Кто прав? Я прав. Возьмите питание как минимум ± 7 В, а лучше ± 12 В, и будет у вас линейность от нуля до +5 В. ДВУХПОЛЯРНОЕ.

 

Отбой. Это я в симуляторе общую землю не нарисовал. Нарисовал, и всё получилось: https://monosnap.com/file/JVUH9h7753T14M8xPIvvQD7EoRD1Lq
Однополярник кстати

Всем спасибо!

 

А теперь следующий вопрос - как сделать защиту, если ФЭУ выдаст ток больше 0.1mA? Диодами Шоттки? Куда их воткнуть?

 

а вблизи нуля видите?

 

Да, чё то показывает вблизи нуля, шума нет. Я про двойной диод не понял как его подключать

 

http://nauchebe.net/2014/08/zashhita-ou-ot-peregruzok-v-ustrojstvax-na-mikrosxemax/

 

Чтобы превратить высокоомный выход ФЭУ в низкоомный, избавившись от проблем плохо согласованной схемы. Включение - по схеме повторителя.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Применение_операционных_усилителей

 

нет-нет, у нас не тот случай, фэу- это генератор тока, а идеальный генератор тока имеет бесконечное сопротивление. Был бы генератор напряжения (например, какой -нибудь пироэлектрик) -тогда да, надо согласовывать. А генератор тока нужно подключать к нулевому сопротивлению, тогда преобразователь ток-напряжение будет наиболее адекватно преобразовывать.

 

Ой, черт, да, совсем же забыл...

 

Получается полная фигня с повторителем: https://monosnap.com/file/CXtdGRurwt99tYvx2yNrwTR9UlIPSb
Помогите, пожалуйста.

 

почему же фигня? Как вы схему составили, так она и работает. Что у вас в т.2 посмотрите, станет ясно почему схема дает такой результат.
Да, а что, предыдущий вариант чем не устраивает? В реале собирали? Что не так?