DE19516730A1 - Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung von Elektronenvervielfacherröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Span­ nungsversorgung von Elektronenvervielfacherröhren (Photo­ multiplier) mit mehreren Dynoden.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekanntgeworden, die die Erzeugung der Dynodenspannungen aus der Katoden- oder Annodenspannung mittels Widerstandsteiler vornehmen. Zur Erzielung von stabilen Spannungsverteilungen muß dabei der Querstrom durch den Widerstandteiler ein Mehrfaches des größten Dynodenstromes betragen. Da dieser Querstrom durch den gesamten Widerstandsteiler fließt, sind erhebliche Verlustleistungen zu verzeichnen.

Zur Reduzierung dieser Verlustleistungen wurden verschiede­ ne Schaltungsanordnungen entwickelt, die abgestufte Aus­ gangsspannungen zur Versorgung der Dynoden erzeugen können, wie von Hubbeling in CERN/EPC 92-10 die Verwendung der Kaskadenschaltung bzw. Greinacher- oder Cockcroft-Walton- Schaltung und die von Ender in VXI Electronics for EURO- BALL, Heidelberg 1994, beschriebene Verwendung eines Splitttrafos.

Die direkte Versorgung der Dynoden aus der Kaskadenschal­ tung hat jedoch den Nachteil, daß die Dynodenspannungen entsprechend den Kaskadenstufen festgelegt sind bzw. bei nichtlinearen Dynodenspannungen die Kaskade mit einer gro­ ßen Stufenzahl ausgeführt werden muß. Die des weiteren vor­ geschlagene Verwendung eines Splitttrafos ist infolge der vielen isolierten Anzapfungen aufwendig und teuer.

Hinzu kommen die Nachteile der hohen Welligkeit der Dyno­ denspannung, so daß für die meisten Anwendungsfälle zusätz­ liche Filtermaßnahmen erforderlich sind.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, die Verlustleistung bei der Bereitstellung der Dynodenspannungen von Elektronenvervielfacherröhren dra­ stisch zu reduzieren, die Welligkeit der Dynodenspannungen zur Vermeidung von Signalverfälschungen gering zu halten und jede beliebige Spannungsverteilung unter den Dynoden ohne Mehraufwand zu realisieren, indem die Dynoden einer Elektronenvervielfacherröhre zum Teil oder vollständig von je einer Stabilisierungsschaltung versorgt werden. Diese Stabilisierungsschaltungen beziehen ihre Energie aus einer abgestuften Spannungsquelle, beispielsweise einer Kaskaden­ schaltung oder einem Splitttrafo, so daß die Spannungsab­ fälle über der Stabilisierungsschaltung klein bleiben kön­ nen und somit einmal keine wesentlichen Verlustleistungen auftreten und zum anderen teure hochspannungsfeste Bauteile vermieden werden. Die Referenzspannung für die einzelnen Stabilisierungsschaltungen können durch eine hochohmige Widerstandskette, die beliebige Spannungsverteilungen rea­ lisiert, erzeugt werden. Dabei muß die Stufenzahl der Kas­ kadenschaltung nicht mit der Anzahl der Dynoden überein­ stimmen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent­ lichen darin zu sehen, daß der Energiebedarf einer Elek­ tronenvervielfacherröhre drastisch, mindestens um den Fak­ tor 10 reduziert wird, ohne daß die Röhrenparameter, wie Zeitverhalten, Verstärkung, Rauschen und dergleichen nega­ tiv beeinflußt werden. Es ist außerdem ein besseres dyna­ misches Verhalten der Röhre erreichbar, da eine Belastung der Dynoden mit hohen Energieimpulsen nicht zum Zusammen­ brechen der Dynodenspannung führt. Die benötigte Energie wird sofort aus der abgestuften Spannungsquelle, deren einzelne Spannungen sich in einem großen Toleranzbereich bewegen können, nachgeliefert. Die äußerst geringe Verlust­ leistung der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung gestattet den Einsatz von billigen Bauteilen mit geringem Volumen, womit auch bei großen Elektronenvervielfacherröhren mit hoher Verstärkung und hoher Elektronenstrombelastung die gesamte Spannungsversorgung in den Röhrensockel integrier­ bar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einem Ausführungsweg darstellender Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsan­ ordnung zur stabilisierten Spannungs­ versorgung einer Elektronenvervielfacher­ röhre.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist eine an sich bekannte, mit einem Steuerteil S versehene Wandler­ schaltung W mit nachgeschalteter Spannungsvervielfacher­ kaskade VD1 bis VD8 und C1 bis C8 auf, die aus einer Eingangsspannung Ue, die zur Versorgung einer Elektronen­ vervielfachröhre PMT nötige Hochspannung erzeugt. Dabei wird bevorzugt eine Sinus- oder Resonanzwandlerschaltung eingesetzt, um Hochfrequenzanteile, die sich nachteilig auf die zu messenden Signale auswirken können, zu vermeiden.

Im Ausführungsbeispiel ist die Hochspannung über einen Filter F an die Katode K der Elektronenvervielfacherröhre PMT angeschlossen. Eine Rückkopplungsleitung zum Steuerteil S ermöglicht es, die Spannung entsprechend des vorgegebenen Sollwertes stabil zu halten.

Diese stabilisierte Spannung wird einem hochohmigen Span­ nungsteiler R1 bis R5 zugeführt, dessen Widerstandsver­ hältnisse derart ausgelegt sind, daß die Dynoden D der Elektronenvervielfacherröhre PMT an eine jeweils für diese optimale Spannung anschließbar sind. Der Elektronenstrom ist dabei in den meisten Fällen an den ersten Dynoden D1, D2 so gering, daß diese direkt an den Spannungsteiler R angeschlossen werden können, ohne dessen Spannungsverhält­ nisse zu beeinflussen.

Wird der Elektronenstrom jedoch an den nachfolgenden Dyno­ den D_n-1 bis D_n größer als 1/10 des Querstromes des Wider­ standsteilers R, können dessen Spannungsverhältnisse merk­ lich verschoben werden. Die Dynoden D_n-1 bis D_n werden jetzt über Stabilisierungsschaltungen N_x versorgt, für die der Widerstandsteiler R die Referenzspannung liefert. Die dazu benötigte Energie wird aber aus einer Kaskadenstufe entnom­ men, deren Spannungswert in günstiger Weise über der ent­ sprechenden Dynodenspannung liegt.

Die Stabilisierungsschaltungen N_x können beliebig ausge­ führt werden, müssen jedoch gewährleisten, daß dem Wider­ standsteiler R nur soviel Strom entnommen wird, daß die Spannungsverhältnisse nicht verändert werden.

Im einfachsten Fall kann die Stabilisierungsschaltung N ein als Emitterfolger betriebener Transistor sein. Die Spannun­ gen der Kaskadenstufen VD1 bis VD8 und C1 bis C8 können bei der erfindungsgemäßen Anordnung bei Impulsbelastungen bis zur Dropspannung der Stabilisierungsschaltung zusammen­ brechen, ohne daß die Dynodenspannung davon beeinflußt wird. Damit können die Kapazitäten C auch bei hoher Impuls­ belastung für stabile Dynodenspannungen klein gehalten werden.

Bei hohen Anforderungen an die Stabilität der Dynodenspan­ nungen kann die Stabilisierungsschaltung N auch vorteilhaft aus mehreren Transistoren, beispielsweise in der Art einer Differenzverstärkerschaltung, ausgebildet sein.

Die zu den Teilwiderständen R und den teilweise zu den Dynoden D parallelgeschalteten Kondensatoren C9 bis C15 verbessern das dynamische Verhalten der auch ansonsten funktionierenden Anordnung.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Spannungsversorgung von Elek­ tronenvervielfacherröhren, dadurch gekennzeichnet, daß den Dynoden (D) der Elektronenvervielfacherröhren (PMT) zum Teil bis vollständig jeweils eine Stabilisierungs­ schaltung (N_x) vorgeschaltet ist, die außerdem einmal mit dem hochohmschen Spannungsteiler (R₁ bis R_n), die Referenzspannung entnehmend und zum anderen mit einer Spannungsvervielfacherkaskade, (VD₁ bis VD_n; C₁ bis C_n), die Energie beziehend, verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stabilisierungsschaltung ein als Emitterfolger betriebener Transistor sein kann.