Bauplan Schaltplan Kleine Geigerzähler Platine

Die Geigerzähler Platine.

Im Internet finden sich ja verschiedene Baupläne zum Thema Geigerzähler, aber eine wirklich einfach nachzubauende Schaltung, die problemlos funktioniert ist dann doch nicht so leicht zu finden als gedacht. Oft wird zum Beispiel ein spezieller Hochspannungstrafo verwendet, der nur schwer erhältlich ist oder umständlich selbst zu wickeln ist. Meist gibt es auch kein Platinenlayout dazu, was den Aufwand dann auch wieder erheblich steigert. Auch findet man praktisch keinerlei Angaben darüber, was die Schaltungen eigentlich genau messen, sie ticken zwar wahrscheinlich, aber wie zuverlässig sind die Signale zu werten ? Deshalb habe ich mal die Ergebnisse meiner eigenen Experimente zusammengefasst, herausgekommen ist diese kleine Schaltung, ein einfach nachzubauender Geigerzähler, der keine Speizalbauteile benötigt, wenig Strom verbraucht, stabil läuft und dabei auch noch sehr wenig Geld kostet.

Die Schaltung ist in zwei Funktionsgruppen aufgeteilt, zum Einen die Hochspannungserzeugung, zum Anderen die Auswertelogik.

Hochspannungsteil:

Nach dem ich verschiedene Möglichkeiten der Hochspannungserzeugung ausprobiert habe, fiel die Entscheidung auf eine einfache Kaskadenschaltung. Nur mit dieser ist ein Nachbau ohne schwer erhältlichen oder mühselig selbst herzustellenden Transformator möglich., lediglich eine kleine Spule aus dem Standardsortiment des Elektronikversenders und ein paar Dioden und Kondensatoren werden dafür verwendet.

Das Prinzip ist einfach:


Die Hochspannungserzeugung.

Wenn man den Strom durch eine Spule plötzlich abschaltet, möchte diese den Stromfluss aufrechterhalten, was durch einen entsprechend hohen Spannungsimpuls geschieht. Dieser Spannunsimpuls wird über eine Dioden/Kondensatoren Kaskade geleitet, dadurch verdoppelt sich die Ausgangsspannung noch einmal. Ich verwende als Zählrohr das russische SBM20, aber prinzipiell ist die Schaltung natürlich auch für andere Typen geeignet, die einen ähnlichen Spannungsbedarf haben.

Der Transistor wird über einen ICL7555 Timerbaustein angesteuert.

Damit die Ausgangsspannung nicht über den gewünschten Wert von 400V ansteigt, wird diese über zwei Z-Dioden von je 200V auf das Gate eines BS170 Mosfet Transistor geführt. Sobald die Spannung am Gate des Mosfets hoch genug ist, um diesen leitend zu machen, erzeugt der BS170 am Reset-Eingang des 7555 einen Low Pegel, der Ausgang steuert auch nicht mehr den MPSA42 Transistor an, und die Ausgangsspannung beginnt zu sinken, bis der BS170 wieder sperrt und somit den Oszillator wieder freigibt. Da der BS170 sehr hochohmig angesteuert werden kann, wird auf diese Weise nur sehr wenig Strom verbraucht, um die Rückkopplungsschleife anzusteuern.

Das funktioniert recht effektiv, mit angeschlossenem Zählrohr benötigt dieser Schaltungsteil im eingeschwungenen Zustand nur etwa 400uA, der Anlaufstrom beträgt natürlich einige 10mA bis die Kondensatoren alle geladen sind.

Der zweite Teil der Schaltung kümmert sich um die Aufarbeitung der Zählrohrimpulse. Über ein kleines Eingangsnetzwerk werden diese auf die Basis eines Transistors geleitet. Bei jedem Impuls wird der Transistor kurz leitend und triggert einen zweiten 7555 Timerbaustein, welcher dann ein Rechtecksignal von definierter Länge an seinem Ausgang erzeugt. Am Ausgang hängt ein Piezo Lautsprecher, eine LED,sowie ein Optokoppler. Damit wird jeder Zählrohrimpuls optisch und akustisch wahrnehmbar, über den Optokoppler lassen sich die Impulse Störungs- und Potentialfrei an weitere Schaltungen übertragen.


Die Auswerteschaltung.

Verschiedene Testpunkte (Lötpads) erlauben den einfachen Anschluss von Messgeräten, um die Platine bei der Arbeit beobachten zu können.

Die Schaltung funktioniert problemlos. Ich habe die Bauteile für einen Betrieb bei etwa 4.5 bis 6Volt ausgelegt, sie verbraucht dabei lediglich 0.8mA Strom, mit 3 Mignonzellen dürfte sie einige Monate ununterbrochen laufen. Bei anderen Spannungen sind einige Widerstände anzupassen (etwa Vorwiderstand für LED / Schalttransistor), wahrscheinlich könnte man durch hochohmigere Timing Widerstände in Kombination mit kleineren Kondensatoren nochmal ein paar 100uA einsparen.

Die Platine:


Das Layout.
Layout / Platinen auf Anfrage.

Ich habe die Platine von den Massen (67*72mm) her so gestaltet, dass sie in ein Gehäuse GEH KSB02 von Reichelt hineinpasst, natürlich kann auch jedes andere Gehäuse verwendet werden. Wenn man die abgebildeten Schraub-Anschlussklemmen verwendet, kann man diese 'verkehrt' herum einsetzen, dann können die Leitungen leicht von der Innenseite an die Platine herangeführt werden.


Platine im Gehäuse.

Hinweise zum Aufbau:

Ich habe diese Platine in erster Linie entwofen, um damit die Zählrohrimpulse an einen Mikrocontroller weiterzuleiten. Die Impulszeit des Monoflops der Auswerteelektronik ist deshalb sehr gering (etwa 60 Mikrosekunden), dadurch ist gewährleistet, dass auch sehr kurz hintereinander folgende Impulse sauber übertragen werden, die untere Grenze gibt dabei die Totzeit des Zählrohrs vor. (Nähere Infos zur Messung aufeinanderfolgender Impulse in der Nähe der Totzeit siehe hier.) Dadurch ist der akustische Klick relativ leise. Wenn man eine etwas weniger präzise Impulszählung bei höheren Strahlendosen in Kauf nimmt, kann man die Impulszeit des Monoflops auch erhöhen, und eventuell einen Piepser ansteuern, damit ist das Gerät auch zum Beispiel zur Suche von radioaktiven Mineralien geeignet.


Impuls an 10kOhm mit kurzer Zuleitung.

Das Zählrohr (ich verwende ein SBM20) habe ich über eine 1m lange, doppelte abgeschirmte Leitung mit der Hauptplatine verbunden, eine mögliche Anschlussplatine findet sich hier. Durch die Leitungskapazität sinkt die Impulshöhe des am Kathodenwiderstand abgegriffenen Impulses etwas ab. Bei sehr kurzen Leitungen reicht ein 10k Kathodenwiderstand aus, da die sehr schnelle Impulsspitze den Eingangstransistor durchsteuern kann. Bei etwas längeren Leitungen wird genau diese Spitze gedämpft, und der Transistor muss vom breiteren Teil des Impulses durchgesteuert werden. Hierzu habe ich einen Kathodenwiderstand von 47kOhm eingesetzt, dadurch ist der Impuls wieder hoch genug, um den Transistor durchzusteuern.

Achtung:

Der hochohmige Anodenwiderstand des Zählrohres muss immer möglichst nahe beim Zählrohr angebracht werden. Er verhindert nämlich auch, dass sich bei einem Zählimpuls die Leitungskapazität, die wesentlich höher als die Zählrohrkapazität ist, über das Zählrohr entlädt und dieses beschädigt oder gar zerstört!


Impuls an 47kOhm mit 1m Zuleitung. Oben:Eingangssignal an Geigerzählerplatine
Unten:Ausgangssignal direkt am 7555 gemessen

Auch mit dem Zählrohr an einer 1m langen Leitung läuft die Schaltung sehr stabil, ich konnte keine nennenswerten Störungen durch Einstreuungen feststellen. Auch konnte ich mit dem Oszilloskop keine störenden Schwingungen / Klingeln an den Signalen beobachten, die eventuell das Messergebnis verfälschen könnten. Der Anschluss an einen Mikrocontroller mit dem Optokoppler funktioniert ebenfalls problemlos, und die damit gemessenen Impulsraten ergeben ein konsistentes, reproduzierbares Bild ab. Das obige Bild zeigt zwei Impulse, welche sehr kurz hintereinander auftraten, die Totzeit des Zählrohrs SBM 20 ist mit 190 Mikrosekunden angegeben.

Bauteile für dieses Projekt - Anzeigen:
Aktive Bauelemente

Passive Bauelemente


Weitere Informationen,Grundlagen,Bauanleitung,Schaltplan, Links zum Thema
Anzeigen:

Neueste Artikel
Anzeigen:
Aktuelle Newsbeiträge
Sie sind Besucher Nr. 1211945