Definition eines PMT-Pulses

[ABel]

Hallo,

ich habe da noch ein paar Oszilloskop-Messungen (Tektronix TDS 3032, 300 MHz, 2,5 GS/s) aus dem Juli 2025 ausgegraben. Gemessen habe ich die Spannungsdifferenz am Lastwiderstand (RL) im Divider.

Die erste Messung erfolgte an einem Divider mit 330 kOhm-Interdynodenwiderständen, einem Lastwiderstand von 330 kOhm, bei 600 V und ohne Last an der Signalleitung. Zwischen min. und max. ergibt sich eine Amplitude von 51,2 V, folglich ein Anodenstrom von 155 µA.

Die Zeiten für Fall und Rise werden zwischen 10% und 90% der Amplitude ermittelt.

Die 2te und 3te Messung erfolgte an einem Divider mit 3,3 MOhm-Interdynodenwiderständen, einem Lastwiderstand von 1 MOhm, bei 600 V und mit einer statischen Last (Widerstand) von 3 bzw. 6 MOhm an der Signalleitung. Zwischen min. und max. ergibt sich eine Amplitude von 34,0 bzw. 50,2 V, folglich ein Anodenstrom von 34 bzw. 50,2 µA.

Der Trigger war so eingestellt, dass ca. alle 2 Minuten ein Puls getriggert wurde. Mir ist klar, dass die Zerfallsereignisse die zu den Pulsen führten von sehr unterschiedlicher Energie waren.

Nun habe ich versucht, das Mal in LTspice zu simulieren. Erste – für mich überraschende – Erkenntnis: Der Puls der Anode fließt über die Hochspannungsquelle ab. Erst wenn die Hochspannungsquelle einen Innenwiderstand erhält, fließt ein Teil des Anodenstroms auch durch die Interdynodenwiderstände nach GND.

Mehrfach habe ich gelesen, dass der Puls an der Anode des PMT durch eine Stromquelle (also nicht durch eine Spannungsquelle) simuliert werden soll. Das bedeutet also, das der Anodenstrom unabhängig von der angeschlossenen Last ist. Dies widerspricht meiner Erfahrung beim Messen. Ich habe mehrfach nur den internen Lastwiderstand in einem Divider gewechselt. Mit kleiner werdendem Lastwiderstand steigt der aus Spannungsdifferenz und Widerstandswert berechnete Strom.

Weil aber die Zerfallsereignisse immer verschieden sind, lässt sich aus den Messergebnissen keine Gesetzmäßigkeit herleiten.

Gibt es eine Gesetzmäßigkeit für die Abhängigkeit des Anodenstroms von einer Last? Gibt es Formeln oder Diagramme dafür? Lässt sich diese Gesetzmäßigkeit simulieren?

Gruß Andreas

[opengeiger.de]

Hierin findet sich ein Ersatzschaltbild eines PMT:
 
https://et-enterprises.com/images/brochures/Understanding_Pmts.pdf

Was für den gepulsten Betrieb von PMTs sehr wichtig ist, der effektive Lastwiderstand stetzt sich zusammen aus dem DC-wirksamen Lastwiderstand RL von der letzten Dynode zur Anode und dem AC-wirksamen Lastwiderstand RL', der hinter dem Hochspannungs-Kondensator, der zur Auskopplung des Signals verwendet wird, gegen Ground für höhere Frequenzen sichtbar wird. Während RL oft im MOhm Bereich liegt, wird RL' oft sehr niederohmig gewählt um die Bandbreite durch die Eingangskapazität nicht zu sehr zu reduzieren und den Eingangswiderstand präzise zu definieren. Manche Leute wählen ihn sogar zu 50Ohm, damit die Koaxialleitung vom PMT zum Verstärker im Sinne des Wellenwiderstands korrekt terminiert ist und keine Reflexionen bei längeren Leitungslängen auftreten. Ein PMT Impuls setzt sich zum größten Teil aus Frequenzanteilen zusammen, für die die Auskoppelkapazität quasi einen Kurzschluss darstellt. Wenn RL' << RL ist, dann dominiert RL' was die Amplitude der Impulse anbelangt, die am Verstärkereingang wirksam werden.
In diesem Dokument ist RL' in Figure 5-24 (Kathode auf Ground) zusammen mit der Eingangskapazität CL' dargestellt:

https://highvoltageforum.net/index.php?action=dlattach;attach=347

Das darf man beim Simulieren nicht vergessen.