ungelöst Mehrere Quellen in einem Schema

[beldowsk]

Hallo,

zur Simulation eines Photomultipliers benötige ich 2 Quellen in einem Schema. Zum einen eine Hochspannungsversorgung (DC), üblicherweise als Spannungsquelle, zum anderen eine Signalquelle, vermutlich am besten als Stromquelle mit einer EXP-Funktion. (siehe dazu auch ungelöst - Mathematische Funktion in LTspice nachbilden)

Über die Anode fließt kein Gleichstrom ab, daher spielt R13 für die Spannungsdifferenz zwischen Anode und Dynode 10 keine Rolle, sie wird nur durch R11 bestimmt.

Das Signal entsteht an der Anode, seine Höhe wird durch R13 bestimmt. Der Kondensator C3 trennt das Signal von der Hochspannung.

Zuerst hatte ich das Problem, das die Hochspannung an der Anode eingebrochen ist, scheinbar floss Gleichspannung über die Signalquelle ab. Das ließ sich durch einen Kondensator zwischen Signalquelle und GND verhindern.

Mein aktuelles Problem:

Das Signal überlagert sich mit der Hochspannung auf der Anodenleitung, auch im Strom von R13 ist das Signal zu finden, danach aber nicht mehr. Das Signal fließt also über die Spannungsquelle und nicht durch R1 bis R12 ab. Entspricht das der Realität? Gilt das für alle Arten von Hochspannungsquellen?

Ich hatte bisher angenommen das das Signal durch die ganze Reihe von Widerständen abfließt. Das war wohl verkehrt?

Gruß Andreas

 

[RudiS]

Mal abgesehen davon, dass ich mich auf dem Gebiet überhaupt nicht auskenne. . .
Wasser sucht sich immer den Weg des geringsten Widerstandes: bevor es über den Berg klettert, fliesst es lieber durch ein Loch (Tal) im Berg (am Berg vorbei).
Analog dazu würde ich fragen: welchen seriellen Widerstandswert hat denn Deine DC-HV-Quelle? Geringer als die Spannungsteilerkette?

 

[beldowsk]

Ich hab meiner DC-HV-Quelle keinen Widerstand gegeben. Bei meiner realen DC-HV-Quelle muss ich erst einmal ermitteln wieviel Innenwiderstand sie hat.
Andererseits: Eine Quelle ist eine Quelle und keine Senke! Wo fließt das Wasser einer Quelle in eine andere Quelle hinein? OK, das ist wohl zu viel Analogie!
Außerdem: Die DC-HV ist positiv, der Puls aus der Signalquelle geht nach minus. Ob das auch mit einem positiven Puls so funktioniert muss ich mir gleich Mal simulieren ;-).

 

[beldowsk]

Anbei ein Vergleich mit und ohne Innenwiderstand in der HV-Quelle.
Als HV-Quelle verwende ich ein Modul das sich selbst nachregelt (HAMAMATSU C10940). Das Datenblatt nennt keinen Innenwiderstand und gegen die Regelung werde ich keinen sinnvollen Innenwiderstand messen können.
Ob der Puls nach Plus oder Minus geht spielt (in der Simulation) keine Rolle.

 

[Udo]

zu #1: Muss R13 mit der Hochspannungsquelle verbunden werden?
Stichwort "Überlagerung"

 

[beldowsk]

Ja, R13 muss zwischen Hochspannungsanschluss und Anode sitzen. R13 ist in der Theorie der Lastwiderstand, mit der die Höhe des Signals bestimmt werden kann. Da über die Anode keine Hochspannung abfließt fällt dort auch nichts von der Hochspannung ab und an der Anode liegt - trotz R13 - die volle Hochspannung an.
Soweit ich das inzwischen sehe, gilt das aber nur, wenn der Innenwiderstand der DC-HV-Quelle gleich Null ist!
Wenn der Innenwiderstand größer ist, fließt der Signalstrom nicht allein durch R13 und die DC-HV-Quelle, sondern auch durch die Widerstände R1 bis R12 ab. Die Größe des Signals wird dann nicht alleine durch R13 bestimmt. Außerdem liegt dann an der Anode nicht mehr die volle HV-Spannung an.

Was ich nicht beurteilen kann:
Wenn die DC-HV-Quelle ihre Spannung nachregelt, was bedeutet das für ihren Innenwiderstand? Bleibt er gleich? Verändert er sich mit dem Reglerzustand? Geht er evtl. für einen AC-Strom gegen unendlich?

 

[UBo]

3.3m heißt aber Milliohm; ich gehe mal davon aus, daß du 3.3meg meinst - sonst muß deine HV-Quelle mal locker 25A liefern.
Die HV-Quelle hat natürlich einen kleinen Innenwiderstand - ist ja ne Spannungsquelle. Statt zu messen reicht die Schätzung z.B.: 50W ; 1000V => 20kOhm
Gruß

 

[beldowsk]

Ja, es sind 3,3MOhm zwischen den Dynoden. Von anderer Seite bin ich auf diese Seite verwiesen worden: Der Innenwiderstand von Spannungsquellen Für die eine meiner beiden HV-Quellen bin ich dabei auf 2,24 MOhm Innenwiderstand gekommen. Die anderer Quelle enthält ein Modul, das die Spannung regelt, damit gibt es keine Spannungsdifferenz und ein Innenwiderstand ist so nicht zu ermitteln.
Gruß

 

[UBo]

Das ist so nicht ganz richtig. Du mußt da statisch und dynamischen Widerstand unterscheiden - bei beiden Quellen. Statisch zählt wie oben, was die Quelle max als Leistung abgibt (max Ri). Dynamisch ist (fast) immer ein C am Ausgang als Energiespeicher. Der schließt Wechselgrößen faktisch kurz => der Ri ist viel kleiner, auch bei deiner HV-Quelle. Was willst du eigentlich simulieren?

Gruß

 

[beldowsk]

Hallo,

für ältere Szintillationsdetektoren gibt es Baupläne für Divider (Beschaltung der PMT) und PMT-Adapter (zieht das PMT-Signal so weit in die Länge, dass es mit einer Soundkarte digitalisiert werden kann). Ich habe nun einen Szintillationsdetektor, der ein viel höheres Signal abgibt. Dieses Signal überfordert die PMT-Adapter, die Signale werden verfälscht, das daraus erzeugte Histogramm ist kaum zu interpretieren. Die bisher beste Lösung ist ein Widerstand in der Signalleitung. Er reduziert den Input für den PMT-Adapter, dieser arbeitet annährend im linearen Bereich, das Histogramm sieht einigermaßen plausibel aus.

Dies ist aber möglicherweise nicht der optimale Arbeitspunkt für den Detektor.

Zusätzliche Schwierigkeit: Ich besitze kein Oszilloskop mit dem ich mir den PMT-Output direkt ansehen kann (für eine Digitalisierung mit der Soundkarte ist das Signal zu schnell/hochfrequent). Sporadisch kann ich ein Oszilloskop nutzen, das geht nur an bestimmten Tagen und ich muss meine ganze Technik dorthin schaffen.

Mit LTspice habe ich zunächst versucht, aus einem digitalisierten Impuls (vom PMT-Adapter-Output) auf den Impuls am PMT-Output zu schließen. Bestes Ergebnis: Eine Stromquelle mit EXP-Funktion an der Anode des PMT. Leider ist die Näherung ziemlich unabhängig von „Rise Tau“, dieser Wert kann sogar gegen Null gehen. Ich weiß leider nicht, was das bedeutet?! Habe aber Angst, dass ich genau für diesen Wert eine realistische Größe bräuchte.

Letztendlich will ich mir einen passenden PMT-Adapter für meinen Szintillationsdetektor entwickeln (zunächst simulieren).

Gruß

 

[UBo]

Hey,
deine Schaltung hat da ein paar Schwachstellen
Die Quelle mit csv-Datei sieht doch gut aus.
das du bei den Anstiegszeiten kaum Unterschiede siehst ist ganz normal. R6+C2 und R4+C3 sind je ein Tiefpass. 1Meg *22p ergibt eine Zeitkonstante von 22µs. Ein Signalanstieg von wenigen ns sind Frequenzen von einigen 100MHz. Im Grunde mußt du in Energie rechnen.
Ein kurzer Impuls wird in die Länge gezogen und hat dann logischerweise geringere Amplitude.
Die Stromversorgung wird so nicht funktionieren.
- der OV kann keine 6V
- die Symmetrierung mit 2 x 1k ist nicht ausreichend, da die neg. und pos. Ströme nicht gleich sind und gleichzeitig so groß, daß sich der Mittelpunkt verschiebt. Zumindest fehlt das C zu V+ entsprechend C15.
Deine BNC-Buchsen werden einen Wellenwiderstand von 50Ohm haben. Fallst du ein Kabel benutzen willst, brauchst du ein 50Ohm Koaxkabel, um den Impuls überhaupt zu übertragen. Daher sollte der "Lastwiderstand" auch 50Ohm haben.
Ich versuche mal Dateien anzuhängen, was aber bisher nicht funktionierte. In der 1. habe ich deinen Schaltplan etwas umgezeichnet, für ein besseres Verständnis.
Gruß