Не хочу раздувать уже создавшийся офф-топ, поэтому создаю эту тему.

Имеется ФЭУ от хамаматсу H7422-40 ( http://doc.chipfind.ru/pdf/hamamatsu/h7422.pdf ). Он имеет встоенный источник высокого напряжения и охлаждение на пельтье для понижения шума. Так же имеется защита при токе больше 6 мкА, хотя макс всего 2 мкА. Сигнал с анода выводится через BNC разъем.

Требуется сделать предусилитель с выходом для счетчика и интегрированного сигнала. Выкладываю схему своего варианта пред-усилителя на обсуждение.
 PMT_PreAmp.sch ( 337.11 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1189

Формат eagle 5. Схема, конечно же, не идеальна. Выражаю благодарность jam за помощь и советы.

Собрал почти навесным монтажем на цельной плате и засунул с ВЧ-экранированную коробку. Разделительный кондер на входе, а так же диоды я не ставил. 1 Гигом разряжает входную емкость ФЭУ, так что никакого высокого там не натекает. Вообщем теперь о грустном. Входной каскад дает импульсы где-то 40нс на выходе, при том что на входе в среднем где-то 3-5 нс. Усиление можно и единичное сделать, сиграла там достаточно. Но почему-то с инвертирующим включением AD8014 не получается такой скорости, даже при Rg=Rf=1ком. В неинвертирующем включении, когда выход фэу на 50Ом зашунтирован и потом на вход AD8014 добиваюсь 5нс, но поясляется овершутинг, хотя выход через 50Ом на RG58 кабель и потом на осциллоскопе 50Ом терминатор. Подскажите как добится 5 нс. Может кто другой усилитель посоветует?

Еще одна проблема с интегратором. Так как AD8014 дает на выходе несколько мВ оффсет, напрямую интегратор входит в насыщение. Поэтому сначала обрезаю DC и пускаю только AC на интегратор. Но скважность импульсов настолько мала, что интегрированный сигнал просто тонет в шуме, который гже-то около двух мВ пик-пик. Много чего перепробовал, и сначала интегрировать на RC-цепочке, потом усилять и активный low-pass. Результат не утешительный. Зато если выход ФЭУ пустить на трансимпедансный усилетель на AD549, то интегрированный сигнал снимается прекрасно. Вот только нужно и считать и интегрировать.

Выглядел у америкосов следующий девайс Супер-пупер малошумящий усилитель заряда. Стоит ли под него копать?

Извините, я давно за собой заметил, что выражаюсь непонятно - так сказать половину пропустил, а думаю, что другим должно быть ясно....

Конечно ещё нужно 51 ом на землю, т.е впараллель кабелю - получится согласованный делитель.

Хотел сказать , что при помощи формирователя можно подрезать задний фронт, но чтобы нулевая линия плавала поменьше, остальные каскады должны быть связаны через rc с очень низкой полосой среза - тогда выбросы будут минимальны при достаточно простой схеме.

Увы , для быстрых сигналов ничего лучше чем ad8014 ad8005 не нашёл - впрочем искал не долго, лежат ещё усилители от оптики на полке - но до них дело пока не дошло. Есть усилитель на рассыпухе (bfg620), но тоже с фэу не проверялся... Занят пока сигналами более медленными... Диаметр фотокатода - это важно в плане светосбора, ну это вобщем и так понятно.

Вполне возможно , что возникнут - надо разделить аналоговую и цифровую земли резистором 10 ом или дросселем или и тем и другим или короткой перемычкой - но заливку земли сделать отдельную. Да смотрите ещё linear продаёт их в разных корпусах - cs6 cs8 - на деле совершенно разные микросхемы, хотя может внутри у них одно и тоже ....

Это cadence - capture и pspice как в orcadе.

Пункт 2 пытался объяснить выше - извините за непонятки.
Пункт 4 - это надо сначала получить гаусс , а потом ещё раз продифференциировать, тогда уход базовой линии прекратится... Но это я только собираюсь попробывать - обдумываю , как это лучше сделать.


Есть за что не любить... Я тоже почти 10 лет в Германии прожил - но у Вас там мне было скучно... как-то всё совсем чужое.

Сделал несколько скринов, попытаюсь выложить

Легенда, может кому непонятно:
Канал 1 - Желтый это выход усилителя без фильтра.
Канал 2 - Голубой это выход интегратора
Канал 3 - Лиловый - выход ТТЛ после дискриминатора и монопенисуального вибратора
Внизу можно углядеть масштаб по напряжению и по времени. Также можно увидеть среднее (почти оффсет) по первому и второму каналам. Частота событий тригера показывает приблизительно сколько импульсов в секунду и сам уровень и канал тригера можно рассмотреть на стрелке справа.

Начну с пустых, здесь импульсы ниже порога дискриминатора и видно шум от динодов и прочего.



Теперь для оценки порога срабатывания по возрастающей








Триггер переставил на ТТЛ


Немного картинок интегрального сигнала





Тут только сигнал с интегратора в разном временном масштабе






Ну и напоследок ловил монстрские пульсы и сам офигел что такие есть, нужно срочно усиление уменьшить!!! Размаха ОУ при +-5В не хватает

А это уже нелинейность ОУ?


Что скажите, господа-знатоки?
З.Ы. На интегральном сигнале видно небольшую помеху по земле когда компаратор срабатывает. Но это макет, а не печатная плата. Надеюсь на плате будет чисто. Фото схемы стыдно выкладывать, жуть. Но если кому интерессно, сфоткаю.

Навскидку видно, что интегратор может временно смещаться от нулевой линии до 40 mV при регистрации импульсов большой амплитуды. Соответственно, в это время регистрация импульсов малой амплитуды происходить не будет. Чтобы уменьшить этот эффект можно поступать разными способами. Например, ограничивать максимальную амплитуду, поступающую на интегратор. Другой вариант - делать интегратор по типу устройства выборки-хранения, а во время срабатывания дискриминатора отключать ему вход.

Сообщение отредактировал serebr - Nov 24 2009, 03:16

Получил "добро" на озвучку информации от нашего специалиста по радиоактивным вопросам.
Кристалл - NaI, размеры 18x60 и 18x160. ФЭУ Hamamatsu R8668.

Сообщение отредактировал serebr - Nov 24 2009, 12:45

Так можно ли узнать у Вас величину одноэлектронного импульса - максимальный шумовой импульс от одного электрона случайно вылетевшего с фотокатода ФЭУ?

Коэффициент передачи аналогового тракта с выхода ФЭУ до входа АЦП - около 0.5В/ма.
Шкала АЦП - +/-2 В(дифф), что соответствует +/-4 ма (дифф).
8 ма=16000 LSB (14 бит).
1 LSB = 0.5 мка.
Примерное время импульса - 0.5 мкс.
Заряд 1 LSB = 0.25е-12 кл.
Заряд электрона 1.6е-19 кл.
Коэффициент усиления ФЭУ по электронам (gain) - примерно 2e6. Даташита нет под рукой, ориентировочно.
ИТОГО: В одном LSB АЦП помещается 0.8 электрона, прилетевшего с фотокатода.

Про низкую полосу среза не могу согласиться. Если ставлю CR цепочку с большим С линия пляшет в зависимости от загрузки ФЭУ и амплитуды. Нужно что-то типа Pole-Zero компенсатор.
Я прикинул и пришел к выводу. Ведь если мне в дискриминаторе особо точной привязки по времени не надо, и энергию импульса измерять не требуется, и загрузка данного феу не большая (до 10 Килокаунтов) единственное что нужно четкое ограничение по амплитуде, то .... на кой мне формирователь, пусть висят хвосты, главное чтобы последующие импульсы садились не на танцующую линию.

Можно ли только Pole-Zero компенсацией добиться четкой линии или Pole-Zero зависит от сигнала?
Идея с base line restorer неплохая, чтобы CR дифференциатор включать на время. Пока непонятно чем кроме микроконтроллера или DSP можно управлять ключем включения дифференциатора. Уж очень не хочется огород городить без надобности.



На счет земли... говорят новая мода пошла, земляной полигон на все земли одним общим делать, а только полигоны питания раздельно и очень следить, чтобы синалы одной цепи не заходили в другую. ВЧ возвратные токи все равно от дорожки далеко не убегут, если правильно все сделать, то цифровые вч токи не потекут через аналоговый участок. Но буду делать как Вы говорите, две земли и соединю либо перемычкой у разьема питания либо еще чем.

Чтобы разделить цепи полностью хочу выход компаратора (запитаного аналогом) пустить на ADUM1100 изолятор а уже с другой стороны запускать моностабильный мультивибратор запитаный цифровым. Вроде бы у АДУМ1100 есть шмиттриггер на входе. Будет ли это работать?





Немного не понял. Почему импульсы малой амплитуды проходить не будут. Они очень хорошо накапливаются в емкости. Уточню, что 40мВ это при загрузке около 4 килокаунтов. Заряд и маленьких и больших накапливается в конденсаторе по моему мнению, про такие грабли не слышал.

Если сдвинется вверх линия нуля, с которой сравнивает входные импульсы дискриминатор, то дискриминатор перестанет срабатывать на импульсы малой амплитуды.
Линия же нуля дискриминатора, насколько я понял из сообщений в теме, формируется интегратором.

Нет, вы неправильно поняли. Интегратор служит для измерения сигнала при большой загрузке, после 10кГц, когда ошибка в счете возрастает. При средней загрузке можно снимать два сигнала. Во время измерения нет возможности подстроится под сигнал. Измеряю облученный кристалл, который излучает в видимом спектре при нагреве и только один раз в зависимости от дозы. После нагрева кристалл пустой и его можно снова облучать.

Уточнение: в даташите на ФЭУ R8668 указан gain=3e5. Значит надо больше электронов с катода ФЭУ, чтобы получить тот же выходной ток:
ИТОГО: В одном LSB АЦП помещается 5 электронов, прилетевших с фотокатода.

Посмотрел картинки - чтобы понять , какой у Вас шум усилителя , нужно подать какой-нибудь сигнал с хорошим фронтом на вход скажем через 1пф - т.е дать какой-то известный заряд.
Тут пришла мысль - не взять ли сигнал с интергатора для восстановления нулевой линии? Конечно это надо моделировать.... Вечером буду посвободней отвечу подробней...



Это уже похоже на правду - скорее даже 7 или 8, если у Вас со светосбором всё в порядке.

Усиление очень сильно зависит от напряжения. Оно у Вас такое, как в прописи?
Мои вопросы были вызваны впечатлением, что Вы считаете фотоны. А Вы считаете вспышки сцинтиллятора...

Напряжение питания ФЭУ варьируется относительно номинального на +/-200В при настройке устройства. Конкретное напряжение выбирается из соображений выхода на так называемое "плато" для ФЭУ.

У меня странный ФЭУ, сколько не пытался, плато не находится

по идее оно должно быть. при увеличении загрузки ФЭУ напряжение на его динодах падает, что приводит к уменьшению коэффициента усиления ФЭУ и уменьшению амплитуды выходных импульсов. при поиске плато подбирают такое напряжение на катоде ФЭУ, при котором амплитуда импульсов меняется незначительно во всем рабочем диапазоне загрузок


а почему? чем Вы считаете и какова у Вас максимальная загрузка?

Сообщение отредактировал stells - Nov 25 2009, 14:27