ungelöst Differenzen zwischen Realität und Simulation

[beldowsk]

Hallo,

am Freitagabend hatte ich die Möglichkeit mit einem 500MHZ-Oszilloskop (LeCroy waveRunner 6050) zu messen. Hab eine 10x-Tastspitze verwendet, aber die Option zur Einstellung des Tastverhältnisses nicht gefunden, also alle Spannungen Mal 10. Leider hatte ich nicht viel Zeit. Drumm nur eine Messung des Spannungsabfalls über dem Lastwiderstand (PMT_RL2 = 100 kOhm), ohne externe Last an der Signalleitung. Es sollte alles dem anliegenden LTspice-Schema entsprechen.

Mit einem C0 von 10 pF (der Hersteller spricht von C0 < 10 pF!) war eine Modellierung des Anodenpulses, die ungefähr der Oszilloskopmessung entsprochen hätte, nicht möglich. Drum hab ich das Verhältnis von Tfall zu Trise vorgegeben und einen ungefähren C0-Wert durch ausprobieren ermittelt.

Heute hab ich an meine Gerätschaft, mit der ich am Freitag gemessen hatte, meinen PMT-Adapter angeschlossen, gemessen und auch simuliert. Leider passt beides nicht zusammen.

Nun die Frage: Wo steckt der Fehler?

An den Signalausgang des Dividers habe ich ein BNC-Kabel mit 50cm Länge gehängt. Dann kommt ein Widerstand mit 1 MOhm (ohne ihn sind die Pulse am PMT-Adapter-Ausgang zu kurz und zu hoch). Dann geht es in dien PMT-Adapter (Verstärkung in der ersten Stufe = 1). Mein USB-Audio-Interface ist so einjustiert (Input-Gain), dass ein Vpp von 4 V als 2 V digitalisiert werden (-6dB).

In einer 10-Minuten-Aufzeichnung hat der größte Puls eine Amplitude von ca. -0,7 V, unter Berücksichtigung der oben benannten Justierung also ca. -1,4 V. Diesen Puls habe ich aus der Aufzeichnung herausgeschnitten, er lässt sich in die LTspice-Simulation hineinladen um ihn mit den Simulationsergebnissen vergleichen zu können.

Mit diesem Aufbau lässt sich mit Theremino MCA auch ein Histogramm erstellen.

Um aber in der Simulation den Output in die Nähe des aufgezeichneten Pulses zu bekommen, muss ich ihn um den Faktor 1000 verstärken. In der Simulation kann ich auch die Amplitude des Anodenstroms hochsetzen, der würde dann aber bei fast 90 mA liegen, das Datenblatt will hier aber nur max. 100 µA haben. Hier kann der Fehler also nicht liegen.

In der Simulation kann ich den Faktor 1000 auch erreichen, wenn ich aus den Nano-Sekunden-Werten für Trise und Tfall Mikro-Sekunden mache. Kann es sein, das die Zeitangaben des Oszilloskops nicht stimmen?

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

seit letzter Woche bin ich nun im Besitz eines eigenen Oszilloskops. Zuerst habe ich die Messung mit dem LeCroy WaveRunner 6050 vom 17.04.2026 (siehe Beitrag #1) nachvollzogen, mit erkennbar anderen Ergebnissen.

Die gelbe Kurve ist mit einer 100x Tastspitze, die rote mit einer 10x Tastspitze gemacht. Die max. Amplitude des Spannungsabfalls am 100 kΩ-Lastwiderstand beträgt 48 V, was einer max. Stromamplitude von 480 µA entspricht. Das Datenblatt des PMT benennt als max. Anodenstrom 100 µA!?

Mit einem 1 MΩ-Lastwiderstand stellen sich ebenfalls 48 V ein (bei etwas größerer Rise- und sehr viel größeren FallTime), was dann aber immerhin in der Spitze nur 48 µA sind.

Bei meinem alten BICRON-Detektor stellen sich an einem 1 MΩ-Lastwiderstand übrigens nur 7,3 V als max. Amplitude ein. Das erklärt dann wohl, warum die originalen PMT-Adapter mit dem Scionox-Detektor überfordert waren.

Im anliegenden Diagramm der LTspice-Simulation ist in rot der Export der Oszilloskopkurve zu sehen.

Gruß Andreas

 

[beldowsk]

Hallo,

ich bin weiterhin damit beschäftigt, Messergebnisse und LTspice-Simulationen zur Deckung zu bringen.

Versuch 1:

PMT und Divider, aber keine Last am Signalausgang. Das HV-Netzteil wird mit Akkus betrieben, hat also keine Erde, die mit dem Oszilloskop eine Erdschleife bilden könnte. Da ich keinen Differentialtastkopf zur Verfügung habe, habe ich die Masse beider Tastköpfe am Knoten „Anode“ angeschlossen. An GND des Dividers hängt ein 100x-Tastkopf (100MHz, max. 2 kV, CH1, invertiert), an HV ein 10x-Tastkopf (150MHz, max. 300 V, CH2). Einen recht großen Puls habe ich aufgezeichnet und als csv-Datei exportiert.

Diese csv-Dateien habe ich in LTspice importiert. Im Diagramm habe ich den DC-Offset abgezogen, beide Kurven sind recht deckungsgleich. Dann habe ich versucht mit den Parametern der Stromquelle so lange zu spielen, bis die simulierten Kurven sich den gemessenen angenähert hatten. Damit dies überhaupt möglich war, musste ich den Wert von C0 reduzieren. Ein Papier des PMT-Herstellers rät für Simulationen zu einem C0-Wert < 10 pF.

Versuch 2:

PMT, Divider, BNC-Kabel 0,5m und PMT-Adapter. 2 10x-Tastköpfe (150 MHz, max. 300 V) am Divider-Ausgang und am PMT-Adapter-Ausgang. Ein Datensatz mit einem „normalen“ Puls, ein Datensatz mit einem Puls der so hoch war, dass er die OpAmps über ihre Rail-to-Rail-Charakteristik hinaus beansprucht hat.

In der Simulation habe ich das Divider-Ausgangssignal als Eingang für den PMT-Adapter verwendet. Der simulierte PMT-Adapter-Ausgangspuls entspricht recht gut dem aufgezeichneten.

Versuch 3:

Nun wollte ich die ersten beiden Versuchsergebnisse zusammenführen. Das hat leider nicht geklappt. Die ermittelten Parameter für die EXP-Funktion der Stromquelle führen im Gesamtschema zum übersteuern. Ich bekomme den PMT-Adapter-Output nur in die Nähe der gemessenen Kurve, wenn ich die Amplitude erhöhe, FallTau reduziere und (FallDelay-RiseDelay) erhöhe.

Zum Vergleich:
EXP(0 45u 49.605u 25n 49.682u 60u) -> Fläche 1,354 V ns
EXP(0 150u 49.5u 25n 51.5u 100n) -> Fläche 0,3094 V ns

Mein Eindruck: Der Strompuls der Anode ist sehr abhängig von der Last! Und zwar nicht nur in der Höhe der Amplitude, sondern auch in der Charakteristik von Rise und Fall.

Ist das so? Gibt es eine Möglichkeit diese Abhängigkeit in der Simulation zu erfassen?

Gruß Andreas