Impedanzwandler

[ABel]

Hallo,

gern würde ich auch Mal einen Impedanzwandler ausprobieren. Anbei eine erste Simulation.

Direkt an der Anodenleitung, noch vor dem PMT_RL1 werde ich ihn nicht einsetzen können, dann würde die DC-Hochspannung nicht an der Anode ankommen?! Er müsste also wohl nach PMT_C1 eingebaut werden. Dann wirkt er aber auch nur auf den Strom in Richtung des PMT-Adapters.

Wie aber leg ich das Ganze aus?

Der Anodenstrom soll als Stromquelle (also nicht als Spannungsquelle!) simuliert werden. Der PMT-Hersteller schlägt für die Simulation parallel zur Stromquelle einen Widerstand > 1TeraOhm und einen Kondensator < 10pF vor. Den Widerstand hab ich schon Mal weggelassen, er leistet in dieser Größe keinen erkennbaren Beitrag zur Simulation.

Nun ist aber die Frage: Gilt meine Stromquelle (Anodensignal) mit dem über PMT_RL1 abfließenden Strom für einen Impedanzwandler wirklich als Stromquelle, oder müsste das was in den Impedanzwandler hineingeht womöglich als Spannungsquelle angesehen werden?

Im anliegenden Schema habe ich einen ADA4500 völlig willkürlich gewählt. Um am Knoten in1 eine Amplitude von -1V zu erreichen, muss ich als PMT_RL1 einen 100kOhm-Widerstand einsetzen. Damit fließen 60uA durch den Divider ab und die Amplitude am Impedanzwandler beträgt -6V. Wie wähle ich einen geeigneten OpAmp aus? Welche technischen Parameter müsste er haben?

Kann ich als Ausgangswiderstand für den Impedanzwandler auch 50Ohm als Abschlusswiderstand für das BNC-Kabel erreichen? Wie mach ich das? Und: Kann ich den Versorgungsstrom für den Impedanzwandler aus der Hochspannung gewinnen, oder braut es eine separate Stromversorgung?

Gruß Andreas

[Radioquant98]

Hallo Andreas,

du hast eine Stromquelle und einen Widerstand . Der Strom fließt durch den Widerstand, somit hast Du am Widerstand eine Spannung, ist halt eine Spannungsquelle.

Die Spannung koppelst Du über den Koppel-C auf den Impedanzwandler aus.

Der Impedanzwandler muß kein OPV sein. Ein FET als Sourcefolger oder Transisistor als Emitterfolger tuen das auch, sogar rauschärmer.

Parameter: der Eingang muß wesentlich hochohmiger als der Anodenwiderstand sein um die Spannung nicht zu beeinflussen. Ansonsten bricht deine Spannung etwas zusammen, was Du aber einrechnen kannst und nicht weiter stört.
Der impedanzwandler muß die Frequenz können. Und er muß wenn er 50 Ohm treiben soll, den Strom dafür aufbringen können. Deine Ausgangsspannung am Impedanzwandler muß niederohmig genug sein, damit am Ausgangswiderstand auch die Eingangsspannung abgebildet wird. Wobei am Kabelende mit Abschlußwiderstand dann die halbe Spannung anstehen muß.

Zum letzten Punkt rechne mal die gebrauchte Leistung für die HV aus bei meinetwegen 800V und 50 Ohm
Die Frage sollte sich nun schonmal erledigt haben

Viele Grüße
Bernd

[ABel]

Hallo Bernd,

was mich am Operationsverstärker als Impedanzwandler so fasziniert hat, war, dass der Output doch sehr genau der Stromquelle folgt. Die Differenz dazu ist nur das was durch C0 (den Kondensator parallel zur Stromquelle) fließt; das steht im Verhältnis 60 zu 1,5 uA.

Allerdings ist das alles nicht so einfach, wie es nach den Lehrbuchbeispielen erscheint.

Mit dem AD4500 funktioniert die Simulation zwar, aber der reale Chip will nur max. 5,5 V zur Versorgung haben,, und das reicht nicht für den nötigen Output. In der Simulation funktioniert er auch zwischen +12 und -12 V!?

Auch der MCP601 will in der Realität nur max. 6 V haben.

Anbei auch noch das Ergebnis mit ein paar anderen OpAmps. Zum Teil mit einem DC-Offset, den ich nicht brauchen kann, oder auch mit völlig unerwartetem Output.

Mit FET's und Transistoren bewege ich mich auch auf Neuland. Für so etwas bräuchte ich einen Schaltplan, in dem alle Bauteile genau spezifiziert sind und zu meiner Anwendung passen.

Gruß Andreas

[Radioquant98]

Und nun aufbauen und gucken , was wirklich passiert.

Viele Grüße
Bernd

[ABel]

Hallo,

nach ,,Irrungen und Wirrungen" bin ich nun zu einem funktionierenden Schema gekommen.

Wichtigste Erkenntnis: Ein Impedanzwandler braucht am nicht-invertierenden Eingang einen Widerstand nach Masse, sonst gibt es an diesem Eingang einen DC-Offset, der dann einen vernünftigen Output unmöglich macht.

Was mich verwundert: Dieser Widerstand konnte ich in keinem Beispielschema zum Impedanzwandler finden?!

Zunächst sah ich meine Hoffnung, mit einem Impedanzwandler keine externe Last für den Anodenstrom mehr zu haben, verflogen. Der Spannungsabfall am Lastwiderstand im Divider (und damit der Strom durch ihn) verschiebt sich zeitlich nach hinten (blaue Linie im Diagramm) und wird um das reduziert, was an Strom in Richtung zum Impedanzwandler fließt (grüne Linie im Diagramm). Aber ...

Der Vergleich zwischen der Stromamplitude am Lastwiderstand (blau) und der Amplitude des Anodenstroms (rot) liefert über einen Bereich von 0 bis -72dB (1/4096) einen konstanten Wert. Jedenfalls in der Simulation. Damit sollte dieses Schema zum Messen mit Theremino MCA geeignet sein.

Gruß Andreas