Схема счётчика Гейгера

Предлагаю ознакомиться с простой схемой индикатора бета-, гамма- излучений (радиоактивное излучение) SAM-1. Индикатор сигнализирует светодиодом и подаёт звуковой сигнал. По частоте поступающих импульсов можно примерно определить уровень радиации. Питание осуществляется 4 батареями типа АА, общее напряжение 6В, среднее потребление 20-25мА (в зависимости от частоты импульсов). При таком токе устройство может работать непрерывно 4-6 дней. Индикатор имеет два выключателя (тумблера), один для включения питания, второй для выключения зуммера.

Индикатор выполнен на счётчике Гейгера СБМ-20 (датчик V1), имеющий рабочее напряжение 400-430В. SAM-1 не оснащен счётчиком импульсов и значение уровня излучения не отображает, поэтому с помощью импульсов необходимо произвести расчёт уровня радиации самостоятельно. Для СБМ-20 применяют следующую модель: подсчитывается кол-во импульсов за 40 секунд, это значение приблизительно равно мкр/час. Схема индикатора состоит из 2х блоков.

Высоковольтная часть

Первая часть это генератор высоковольтного напряжения: микросхема U2, транзистор Q1 (К561ЛН2), дроссель L1 (2 мГн 25 Ом), умножителя напряжения на диодах и высоковольтных конденсаторах (D2, D3, D4, C6, C7, C8). Резистор R6 управляет частотой генератора на микросхеме U2, необходимое выходное напряжение около 430В (точка измерения - плюсовой контакт V1). Для измерения высоковольтного напряжения необходим высокоомный высоковольтный вольтметр с входным сопротивлением, желательно, не менее 30МОм. Не возможно измерить напряжение с помощью обычных мультиметров, слишком маленькое входное сопротивление мультиметра «просаживает» ток генератора. Возможно изготовить специальный щуп с помощью высоковольтных резисторов, соединенные последовательно, общим сопротивлением на 90МОм. Мною использовались 4 резистора по 20МОм и 10МОм. При условии, что входное сопротивление вашего вольтметра не менее 10МОм, вы получите щуп-делитель 1:10. Показания вольтметра 42-43В будут равны 420-430В. Если ваш мультиметр имеет импеданс 1МОм, щуп должен иметь общее сопротивление 99МОм, то щуп-делитель получится с соотношением 1:100. Транзистор Q1 — MPSA42, подойдет другой высоковольтный NPN-транзистор с максимальным напряжением база-коллектор 300В (MPSA92, MPSA44, 2N6516, KSP42, MPSW42, MPSW42G, ZTX457). Диоды подойдут любые на 600В. Резистор R7 токоограничительный, номинал можно подобрать в пределах 220..600Ом. Конденсаторы керамические на напряжение не менее 1кВ. Микросхему К561ЛН2 возможно заменить на CD4069 (корпуса совпадают). Для CD4049 необходимо изменить печатную плату, если используется 16-контактный корпус микросхемы. Датчик СБМ-20 крепится на два держателя от предохранителя (d6.4мм).

Индикаторная часть

Состоит из моностабильного одновибратора на микросхеме U1 NE555. Микросхема применена для увеличения длительности и усиления сигнала, который поступает через высоковольтный конденсатор С9. Средняя длительность импульса от бета-, гамма- частиц примерно 50-90мкс, микросхема U1 удлиняет значение импульса в 100 раз (до 10 миллисекунд). Это позволяет использовать зуммер и светодиод для индикации. Иначе слишком быстрый импульс не даст зажечь светодиод, зуммер не успевает сработать. Длительность задаётся конденсатором С2 на 1мкФ, в моем устройстве используется 0.47мкФ (керамика). Индикатор сигнализирует о радиации принимаемый датчиком СБМ-20 — чем больше количество частиц, тем чаще сигналы. Для регулировки громкости есть потенциометр (R5), резистор R9 токоограничительный, для отключения звука - тумблер.

Печатная плата

Схема и печатная плата разработаны с помощью KiCAD (версия 5.99). Это бесплатная свободная САПР, вы сможете внести любые исправления в схему. Файлы проекта прикреплены ниже. Размеры платы 128мм на 46мм. Разводка выполнена не совсем оптимально и использовались 2 слоя платы. Нижний слой печатной платы изготовить на одностороннем фольгированном текстолите, верхний слой не используется. Контакты верхнего слоя соединены проводами МГТФ (либо НВ-4 на 0.35мм²). На плате пометки цифрами от 1 до 6 указаны - это точки соединения для этих проводов (паять 1 к 1, 2 к 2, т. д.). После пайки, плату желательно обработать защитным акриловым лаком.

Детали и монтажные работы

Схема рассчитана на односторонний монтаж. Коннекторы не использовал, рекомендую использовать для соединения угловые PinHeader`ы 1х2 2.54мм. Конденсаторы танталовые (либо электролитные), керамические. Резисторы и диоды возможны в корпусах 0.25 — 0.5Вт. Батарейный отсек «4хАА». Активный зуммер в устройстве, при подаче напряжения генератор зуммера издаёт звуковой сигнал (зуммер на 3В, возможно подойдет на 5В). Наладка устройства заключается в настройке частоты генератора, остальное работает сразу. Корпус изготовлен из кусков оргстекла.

Список деталей:

Файлы

Для проекта я создал 3D модель и футпринт датчика СБМ-20 (скачать архив 570кб).

Скачать проект KiCAD (70кб), печатная плата PDF и PS файлы (54кб).

Art!P, 2021