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Sorgente Luminosa a LED a Bassa Intensità

Nelle misure di fotometria con rivelatori sensibili come SiPM o fotomoltiplicatori è importante disporre di una fonte luminosa di intensità regolabile ma soprattutto di intensità bassa o anche bassissima in modo da evitare che il sensore vada in saturazione oppure che venga addirittura danneggiato.

Ottenere una emissione di luce di questo tipo richiede qualche accorgimento. La azione più semplice che può essere fatta è la schermatura del sensore mediante filtri oppure la riduzione dell’area sensibile, ad esempio coprendo il sensore ed aprendo solo un piccolo foro nello schermo in modo da ridurre di molto la luce che può raggiungere l’area sensibile del rivelatore.

In aggiunta alla schermatura è comodo disporre di una sorgente luminosa a LED, regolabile finemente in modo da ottenere con facilità intensità luminose anche molto basse.
Il semplice circuito che presentiamo in questo post permette l’utilizzo di un LED proprio al fine di realizzare la funzionalità richiesta.

Lo schema del circuito è mostrato nella immagine seguente :

Come è noto i LED vanno pilotati in corrente : la luce emessa dalla giunzione P-N del LED è direttamente correlata alla intensità della corrente che scorre attraverso la giunzione stessa. Al fine di regolare la luminosità emessa dal LED è quindi sufficiente realizzare un generatore di corrente costante regolabile.
All’ingresso non-invertente dell’operazionale si ha una tensione regolabile finemente, da 0 ad 1V, mediante un potenziometro multigiro. L’operazionale genera una corrente che, attraverso la resistenza R1, va a generare una tensione all’ingresso invertente uguale a quella impostata con il potenziometro multigiro. In questo modo si può regolare con precisione la corrente che scorre attraverso il LED.
Con i valori delle resistenze nello schema la corrente che si ottiene ha un range da 0 ad 1mA.

Il circuito è stato realizzato sulla basetta per amplificatori operazionali OPAMPEVM della TI mostrata nella immagine sotto. Si tratta di una basetta molto utile perchè permette di realizzare circuiti con Op Amp (ad un canale, due canali e anche quattro canali) su di un substrato PCB di alta qualità. La basetta è pensata per componenti through-hole.

Minima Corrente per Accensione LED

Agendo sul potenziometro multigiro abbiamo stabilito la minima corrente che produce l’accensione del LED. E’ stato utilizzato un PMT con un contatore di impulsi (photon counter) in modo da misurare con precisione l’emissione del LED. Aumentando lentamente il settaggio del potenziometro multigiro si ottiene un veloce aumento del conteggio fotonico, dal valore del fondo di circa 40 CPS si sale subito a valori di 1000 – 10000 CPS : questo corrisponde al momento di accensione del LED, come si può vedere nella immagine sotto.
In queste condizioni la corrente erogata dall’operazionale è estremamente bassa, inferiore ad 1 μA, e non è misurabile con un normale multimetro.

Conclusioni

Nonostante la semplicità del circuito si è in grado di produrre correnti estremamente basse in grado di accendere un LED producendo un flusso controllato di soli 103 – 104 fotoni al secondo, utile per effettuare esperimenti e misurazioni con rivelatori sensibili al singolo fotone, come PMT e SiPM.

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