Entwurf von Photomultiplier-Ausgangsschaltungen

ABel · 11. Dezember 2025, 07:45

Hallo,

bei dem Hersteller des Photomultipliers (ETL 9266), der in meinem Scionix 51B51/2-Detektor steckt, habe ich diese Broschüre gefunden:
https://et-enterprises.com/images/technical_papers/rp065_design_of_PMT_output_circuits.pdf

Der enlische Text ist mit deepl übersetzt, die Berechnungen sind mit dem freien MathCAD-Clone ,,SMath Solver" gemacht. Ich möchte die dort gemachten Aussagen nachvollziehen.

Das erste Problem, das ich dabei habe:
Was sind die Bauteile Ro und Co? Sie können eigentlich nicht identisch mit R und C in figure 1 sein. Aus RoxCo ergibt sich auch eine ganz andere Zeitkonstante als für RxC.

Als nächstes:
Wenn die Zeitkonstante τ = RxC ist, was ist τs? Woher nehme ich sie?

Gruß Andreas

Radioquant98 · 11. Dezember 2025, 16:32

Hallo Andreas,

ich verstehe das so:

Bild 1: R und C sind die inneren Werte des PMT

Bild3: R und C ist das Integrationsglied und Co die Schaltkapazität.

Wirksam wird die ganze Kombination.

Viele Grüße
Bernd

ABel · 12. Dezember 2025, 19:03

Hallo,

nun hab ich Mal versucht, das Ganze in LTspice umzusetzen. Weil doch der PMT eine ,,idealen Stromquelle" sein soll, würde ich ihn auch als solche realisieren wollen. Das Ergebnis (out1) ist leider nicht das Erwartete.

Zur näherungsweise Darstellung einer zeitabhängiger Exponentialquellen habe ich diesen Text gefunden:

https://www.analog.com/en/resources/technical-articles/ltspice-using-time-dependent-exponential-sources-to-model-transients.html#:~:text=LTspice%C2%AE%20features%20a%20double,Raise%20Tau%2C%20and%20Fall%20Tau.

Danach sind die 2 Spannungsquellen (V1, V2) ausgelegt. out2 scheint mir aber keine allzugute Näherung für die Funktion (3) aus dem Ursprungspapier zu sein.

Gruß Andreas

Radioquant98 · 12. Dezember 2025, 20:39

Beschreibe mal bitte dein R und C.
Es fehlen Koppel-C und das oder die Interationsglieder(R/C-Glieder)

Viele Grüße
Bernd

Radioquant98 · 13. Dezember 2025, 12:35

Hallo Andreas,

ich habe mal aufgemalt, wie ich die Ersatzschaltung sehe.

PMT = Stromquelle parallel Ro und Co wobei Co dem Datenblatt entnommen oder mit wenigen einstelligen pF angenommen werden muß

Ra ist der Anodenwiderstand Csieb ist der Siebwiderstand

Ck ist der Koppelkondensator

Cschalt sind die Schaltkapazitäten (Kabel usw)

R und C ist das Integrationsglied (bei Theremino 2x vorhanden)

Reing ist der Eingangswiderstand des Verstärkers

Sie dürfen in diesem Board keine Dateianhänge sehen.

Viele Grüße
Bernd

ABel · 13. Dezember 2025, 16:17

Hallo Bernd,

ich bin noch immer mit figure 1 und dem Weg von Formel (1) zu Formel (3) beschäftigt. In LTspice kann ich ja nicht die Formel eingeben, sondern muss sie über die Parameter der dortigen EXP-Funktion (Vpulsed, Rise Delay, Rise Tau, Fall Delay und Fall Tau) nachbilden. Mit der Deklaration von .func our4( ... versuche ich die Formel (3) in LTspice zur Verfügung zu stellen. Es ist mir aber noch nicht gelungen sie als Vergleichsfunktion in meine LTspice-Diagramme hinein zu bekommen.

Bisher ist im Diagramm zu sehen:
Als V(out2) in magenta die näherungsweise Nachbildung durch 2 Spannungsquellen (Link im Beitrag #2). Sie kommt einer Stromquelle mit Rechteckfunktion und deren Output nach R und C recht nahe (I(I) in rot und V(out1) in blau). Mit der Nutzung der EXP-Funktion (I(I1) in grün) und deren Output (V(out3) in blaugrün) bin ich noch nicht zufrieden.

Wenn ich dieses Problem am PMT gelöst habe, steht schon ein ziemlich umfangreiches LTspice-Schema mit Divider und PMT-Adapter zur Verfügung (siehe Anlage Gesamtschema). Den Kondensator C8 gibt es in Wirklichkeit nicht, er ist notwendig, damit die Hochspannung auf diesem Weg nicht abfließen kann.

Gruß Andreas

ABel · 13. Dezember 2025, 19:26

Hallo,

hier Mal das letzte Ergebnis einer Iteration per Hand.

Gruß Andreas

ABel · 14. Dezember 2025, 19:46

Hallo,

hier noch Mal ein Update.

Aufgefallen am Ursprungstext:
Ro und Co aus dem ersten Absatz kommen im weiteren Text nicht mehr vor?
Dafür wird nirgends erklärt woher Ts=5ns kommt?
Das ,,g" in Formel (3) muss von der Maßeinheit her ein Widerstand sein. Dafür R=1kOhm einzusetzen scheint aufzugehen.

Der Text aus Beitrag #2 scheint mir keine gute Näherung zu sein.

Gruß Andreas

PS: Leider hab ich das PDF nicht kleiner bekommen :-(

ABel · **Gestern** um 09:58

Hallo,

anbei erste Versuche mit dem Gesamtsystem.

Die Amplitude am Ausgang (V(out) in rot) ist um einen Faktor um die 30 zu klein. Das mag daran liegen das der Parameter Vpulsed der Stromquelle (I1) für meinen PMT noch nicht passend ist.

Die Signalveränderung um R6 ist eklatant (V(input) zu V(step1)). Zu Beachten ist die Zeitachse für Diagramm4a.jpg sind es 500us, für Diagramm4b.jpg nur 40 ns. Ich denke das hier mein Signalleitungswiderstand RS von 10 MOhm zu hoch ist. Ein RS von 1MOhm war nicht ausreichend um den Input für den PMT-Adapter auf ein verträgliches Maß zu senken.

In Diagramm4b.jpg ist außerdem zu sehen, dass der größte Teil des Stromes aus der Quelle durch den Divider abfließt. Mit einer Reduzierung von RS wird sich der Strom in den PMT-Adapter aber erhöhen. Der Gesamtstrom an der Anode soll nach PMT-Datenblatt kleiner als 100uA sein, da würde ich nach diesem Schema um den Faktor 16 drüber liegen?!

Gruß Andreas

ABel · **Gestern** um 11:16

Hallo,

hab gerade Mal ein wenig rumgerechnet. Im Divider liegen zwischen Anode und Kathode 40,6 MOhm (12 x 3,3 MOhm + 1 MOhm). Damit 2,25 mA fließen braucht es 91.350 V, das kann doch nicht stimmen? Was mach ich hier falsch?

Der Widerstand zwischen HV-Anschluss und Anode (RL=1 MOhm) wird üblicherweise als Lastwiderstand für das Signal bezeichnet. Er alleine kann doch aber Strom/Spannung des Signals nicht bestimmen. Wenn die Signalquelle an GND geht, müsste doch der gesamte Widerstandsstrang im Divider von Bedeutung sein (40,6 MOhm). Alternativ habe ich die Signalquelle auch schon an die letzte Dynode vor der Anode angeschlossen (leider ohne erkennbare Erfolge in der Simulation), dann würde aber nicht allein der Lastwiderstand das Signal bestimmen, sondern der Widerstand zwischen HV-Anschluss und letzter Dynode müsste mit einbezogen werden (zusammen also 4,3 MOhm)?!

Wie bekomme ich meine Simulation am besten an die Realität angepasst?

Gruß Andreas

Radiohörer · **Gestern** um 12:14

...für "Radneuerfinder" empfehle ich einen Blick in die Datenblätter der Canberra Preamplifier:
https://www.mirion.com/products/technologies/spectroscopy-scientific-analysis/gamma-spectroscopy/detector-electronics/2006-proportional-counter-preamplifier

Edit meint, das wäre näher dran:
https://assets-mirion.mirion.com/prod-20220822/cms4_mirion/files/pdf/spec-sheets/csp0071_2007-2007p_preamp_spec_sheet.pdf

Radioquant98 · **Gestern** um 16:48

Zitat von: Radiohörer am Gestern um 12:14...für "Radneuerfinder" empfehle ich einen Blick in die Datenblätter der Canberra Preamplifier:
https://www.mirion.com/products/technologies/spectroscopy-scientific-analysis/gamma-spectroscopy/detector-electronics/2006-proportional-counter-preamplifier

Edit meint, das wäre näher dran:
https://assets-mirion.mirion.com/prod-20220822/cms4_mirion/files/pdf/spec-sheets/csp0071_2007-2007p_preamp_spec_sheet.pdf

Aaaaaach waaaaas. Die neuen Räder haben doch einen viel geringeren Rollwiderstand

Viele Grüße
Bernd