DE2353573C2 - Schaltungsanordnung für Sekundärelektronenvervielfacher - Google Patents

Description

34. Schaltungsanordnung nach einem der voran- ^SI^N = V^t/2 « e Δ f = |/2τ_ο/*/<χ e (V) gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 30 _mit h = Kathodenstrom in [A],

daß die Umschaltvorrichtung mit öffnenden und _{e =} \£ . jo-¹¹ [A see]

nichtöffnenden Kontakten derart ausgebildet ist, _ft = Leistungsrauschfaktor (etwa 1,4),

daß beim Umschalten am Eingang des Operations- A_f = Leistungsbandbreite und

Verstärkers keine Spannungsspitzen auftreten. _TD = Detektorzeitkonstante, kurz als »Anstiegs-

35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 34, ge- 35 zeit« bezeichnet,
kennzeichnet durch zwei oder mehr Hilfskontakte

zwischen den Arbeitskontakten, die derart ange- Zeitvorgänge, die sich im nsec- und μβεΰ-ΒεΓβϊΛ

ordnet und beschaltet sind, daß mit der Umschalt- abspielen, können wegen der erforderlichen kleinen

vorrichtung verbundene Kondensatoren (C&) beim Anstiegszeit το nur dann mit ausreichendem Signal-

Umschaltenhochohmigentladenwerden(Fig. 12a). 40 Rausch-Verhältnis untersucht werden, wenn man mit

36. Schaltungsanordnung nach einem der voran- hohen Kathodenströmen I_k arbeitet. Das gilt insbesongehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dere dann, wenn keine Mittelwertbildung über eine strombegrenzende Vorrichtung in der Zuleitung größere Anzahl von Einzelvorgängen möglich ist. der positiven und/oder der negativen Versorgungs- Typisch für solche Anwendungen ist die lichtoptische spannung (Fi g. 13 und 14). 45 Untersuchung schneller chemischer Reaktionen, z. B.

37. Schaltungsanordnung nach Anspruch 36, da- nach dem Temperatursprung-Relaxationsverfahren, durch gekennzeichnet, daß die strombegrenzende Hier soll das Signal-Rausch-Verhältnis bei einer AnVorrichtung ein Zweipol mit einem oder mehreren stiegszeit von z. B. 0,3 μββο in der Größenordnung 10⁴ Hochvolttransistoren (T_c, T_B) in einer Brücken- liegen. Dies entspricht Photoströmen h bis 100 μΑ schaltung mit Spannungsstabilisierenden Dioden 50 und darüber. Außerdem wird eine sehr hohe Linearitäi (D_n, Zc, Db₁, Zb) und Strombegrenzungswider- _und ein bis in die Nähe der Grenzfrequenz absolut ständen (Rc₁, Rc₂. Rb₁, Rb₂) ist (F i g. 13b und 14). konstanter Frequenzgang verlangt, ferner muß dei

38. Schaltungsanordnung nach einem der voran- Einschwingvorgang möglichst rasch abklingen unc gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine darf auch im längeren Zeitbereich keine schleichender mechanische Verriegelung der Umschaltvorrich- 55 Übergänge und driftähnliche Effekte aufweisen,
tung (S₀, S₁, ...,S₄) mit einem Hilfsschalter (Sa), Hohe Kathodenströme bei guter Linearität sine der ein Umschalten nur nach Abschaltung der insbesondere mit Halbleiter- und Vakuumphoto positiven und der negativen Versorgungsspannung dioden erreichbar. Schwierigkeiten entstehen jedod des Sekundärelektronenvervielfachers zuläßt daraus, daß man bei den gleichen Meßapparaturei (F i g. 15). 60 häufig auch mit geringeren Lichtintensitäten arbeitei

39. Schaltungsanordnung nach einem der voran- _muß. Bei monochromatischen Messungen im sieht gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine baren und ultravioletten Spektralbereich können dii Überlastanzeige am Ausgang der Operationsver- maximal erreichbaren Kathodenströme um den Fakto Stärkerschaltung (F i g. 2). 1000 und mehr variieren. Bei Photodioden müßte mai

40. Schaltungsanordnung nach einem der voran- 65 dann zum Teil sehr große Arbeitswiderstände be gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nutzen, die zu einer langen Anstiegszeit r_D führei die Umschaltvorrichtung zusammen mit den elek- würden, oder man müßte bei kleinem Arbeitswider tronischen Bauelementen in unmittelbarer Nähe stand mit entsprechend großer elektronischer Nach

7 8

verstärkung arbeilen, wobei das thermische Rauschen niedrigen Strombedarf im Dynodenspannungsteiler

des Arbeuswiderstandes und das Rauschen und die auszeichnet.

Drift des Verstärkers das Nutzsignal unzulässig ver- Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1

schlechtem würden. gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Herkömmliche Schaltungen mit Vervielfachern, bei 5 Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung und Weiter-

denen der Kathodenstrom mit einer größeren Zahl von bildungen werden an Hand der Zeichnungen beschrie-

Dynodenstufen verstärkt wird, sind für die genannten ben. Es zeigt

Zwecke ebenfalls ungeeignet: Ströme der Größen- Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines Sekundärelek-

ordnung 100 μΑ sind im Dauerbetrieb gerade an der tronenvervielfachers mit Dynodenumschaltung nach

Anode zulässig, was bei einer 10^B-fachen Verstärkung io der Erfindung.

einem Kathodenstrom von nur InA entsprechen Bürde. F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungs-

ReduziertmanaberdieVerstärkungdurchentsprechen- anordnung, insbesondere für Photovervielfacher mit

de Verringerung der Dynodenvorspannung, so ver- seitlichem Lichteintritt, mit Umschaltung als Photo-

schlechtern sich Linearität und Rauschverhalten, diode und als Vervielfacher mit 1 bis 5 aktiven Dyno-

während man bei zu hohen Strömen Driften und Er- 15 den.

müdung beobachtet. F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungs-

Zur Herabsetzung der Verstärkung eines Verviel- anordnung, insbesondere für Photovervielfacher mit

fachers ist es bekannt, die Zahl der aktiven Dynoden frontalem Lichteinlrilt, mit Umschaltung von 2 bis

dadurch zu verringern, daß man mehrere Dynoden 11 aktiven Dynoden.

fest mit der Anode zusammenschaltet. Gleichzeitig 20 F i g. 4 und 5 Weiterbildungen eines Teiles der

wird dadurch aber der Bereich, in dem man die Ver- Schaltungsanordnung gemäß F i g. 3 zur Erhöhung

Stärkung durch Ändern der Dynodenvorspannung der Potentialdifferenz zwischen Kathode und erster

regeln kann, stark eingeengt. Die Schwierigkeiten, die Dynode beim Betrieb mit niedrigster Dynodenzahl.

Verstärkung mit anderen Mitteln zu ändern, sind dann F i g. 6 Weiterbildung eines Teiles der Schallungs-

die gleichen wie bei Photodioden. 25 anordnung gemäß F i g. 3 als Überlastschutzschaltung

Es ist weiter bekannt, die Anzahl der aktiven für die Kathode.

Dynoden umzuschalten. In diesem Falle kann man F i g. 7, 8 und 10 Schaltungsanordnungen für Vermit konstantem Arbeitswiderstand arbeiten und muß vielfacher mit verkürzter Signal-Anstiegszeit, mit Ummit elektronischer Nachverstärkung nur noch ein schaltung von 1 bis 5 bzw. 3 bis 6 aktiven Dynoden. Verstärkungsintervall überbrücken, das der Stufen- 30 F i g. 9 eine Schaltungsanordnung eines Steckverstärkung ν des Vervielfachers entspricht (z. B. adapters zum Umrüsten einer Schaltung gemäß ν = 4 bis 5). Die Umschaltung der Dynoden erfolgte F i g. 2 in einer Schaltung ähnlich F i g. 8. dabei meistens durch eine rein mechanische Umschal- F i g. 11 eine Weiterbildung der in den Schaltungstung der Vervielfacheranschlüsse gegenüber dem anordnungen gemäß F i g. 7, 8 und 10 benutzten Dynodenspannungsteiler und dem Signalausgang. 35 Operationsverstärkerschaltung mit verbesserter Signal-Der .Aufwand für den Schalter wird jedoch sehr groß, auskopplung.

wenn man eine größere Zahl von Dynoden umschalt- Fig. 12 eine Schaltungsanordnung für Verviel-

bar machen will. Zugleich vergrößern sich die Streu- fächer mit. sehr kurzer Signal-Anstiegszeit mit Um-

kapazitäten und damit die Anstiegszeit τρ. schaltung von 3 bis 6 aktiven Dynoden und einem

Es ist ferner bekannt, die Umschaltung der Dynode 40 besonderen Differenzverstärker zur Signalauskopp-

mit Hilfe von Schaltdioden zu vereinfachen, die mit lung.

den Dynodenspannungsteilerwiderständen in Serie Fig. 12a eine Weiterbildung der in Fig. 12 be-

liegen und beim Herunterschalten der Dynodenzahl nutzten Umschaltvorrichtung.

stromlos werden. Hierdurch wird eine Abkoppelung Fig. 13 und 14 Schutzschaltungen zum Einfügen

der als Anode dienenden Dynode und aller höheren 45 in die Stromversorgungsleitungen.

Dynoden vom Dynodenspannungsteiler erzielt. Die F i g. 15 eine mechanische Verriegelung der zum

Dynoden müssen aber bei gutem Kieinsignalverhalten Umschalten der Dynoden benutzten Umschaltvor-

sehr kapazitätsarm sein und können bei der Umschal- richtung.

tung der relativ hohen Dynodenpotentiale leicht zer- Fig. 16 ein Gehäuse für Photovervielfacher mi

stört werden. Die unbenutzten Dynoden liegen auf 50 seitlichem Lichteintritt in Schaltungen gemäß F i g. 2

weitgehend unbestimmtem und ungünstigem Potential. 7 oder folgenden.

wodurch sich Linearität und Einschwingverhalten Einander entsprechende Schaltelemente sind ii

verschlechtern. Es ist bei dieser Schaltung ferner sehr allen Zeichnungen mit gleichen Symbolen bezeichnet

schwierig, zur Verbesserung des Hochfrequenzver- Mit einheitlichen Symbolen, ergänzt durch eine Lauf

haltens die Dynodenspannungsteilerwiderstände in an 55 zahl als zweitem Index, der auf die Zuordnung zu

sich bekannter Weise durch Kondensatoren zu über- jeweiligen Dynodenstufe usw. hinweist, sind Schalt

brücken. Ohne solche Kondensatoren werden bei elemente bezeichnet, die in ein- und derselben Schal

kurzen Anstiegszeiten sehr hohe Querströme im Dyno- tung mehrfach auftreten und die im Regelfall in ihrei

denspannungsteiler erforderlich. elektrischen Werten übereinstimmen (z. B. Rb₁, Rbi, ■

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine 60 = Dynodenspannungsteilerwiderstand der ersten, zwe

Schaltung für Sekundärelektronenvervielfacher, deren ten usw. Dynodenstufe). Das gleiche Symbol ohne di

Verstärkungsgrad durch Umschaltung der Zahl der Laufzahl bezeichnet die Gesamtheit dieser Schall

wirksamen Dynoden veränderbar ist, anzugeben, die elemente und in den Gleichungen ihren elektrische

eine einfache Umschaltung der Dynoden auch bei Wert. (Im Falle der Dynodenspannungsteilerwidei

einer größeren Anzahl von Schaltstellungen ermög- 65 stände gilt also, soweit nicht im Einzelfall auf eir

licht, gute Lineartität und kurze Anstiegszeiten des abweichende Dimensionierung hingewiesen win

Signals bei sauberen Einschwingvorgängen und hohem Rb = Rbi = Rt>2 = Λ fts = ■ - -, usw.)

Signal-Rausch-Verhältnis gewährleistet und sich durch In F i g. 1 ist zur Erläuterung des Erfindungsgi

dankens, durch den die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, ein vereinfachtes Prinzipschaltbild für einen Photo-Sekundärelektronenvervielfacher (im folgenden kurz »Vervielfacher«) PM mit einer Anode A, einer Photokathode K und nur vier Dynoden D₁ bis D₄ dargestellt. Das Ausgangssignal kann vom Vervielfacher nicht nur an der Anode A, sondern in bekannter Weise mit umgekehrter Polarität auch von der letzten aktiven Dynode abgenommen werden. DieAnzahl der wirksamen Dynoden ist durch eine mehrpolige Umschaltvorrichtung willkürlich einstellbar, so daß vier Empfmdlichkeitsstufen entsprechend 1 bis 4 aktiven Dynoden zur Verfugung stehen. Der Dynodenspannungsteiler wird aus Widerständen Rb₁, ... Rb₁ — Rb gebildet und ist an seinem der Kathode benachbarten Ende ein eine negative Versorgungsspannung — Ub angeschlossen. Zwischen den Dynoden und dem Dynodenspannungsteiler sind Arbeitswiderstände R_ai, ... R<n — Ra eingefügt, die mit der aus mechanisch gekoppelten Schaltern S₁, S₃ und S₃ bestehenden mehrpoligen Umschaltvorrichtung verbunden sind. Über die Schalter S₁ und S₃ wird der Arbeitswiderstand der jeweils letzten aktiven Dynode iz. B. R_a3 an D₃) mit dem Eingang und Ausgang eines Operationsverstärkers OP verbunden, während die als effektive Anode wirksame nächst höhere Dynode (z. B. D₄) über den Schalter S₃ an eine positive Versorgungsspannung + U_c gelegt wird. In der höchsten Empfindlichkeitsstufe liegt nur die Anode A auf dem Potential +U_c; sie kann bei der Umschaltung der Dynoden fest mit diesem Potential verbunden bleiben. Ein gestrichelt eingezeichneter Widerstand A^₅ = Rb kann aus Symmetriegründen zwischen + U_c und dem oberen Ende des Dynodenspannungsteilers eingefügt werden.

Die in F i g. 1 gezeigte Schalterstellung entspricht der Empfindlichkeitsstufe »3 Dynoden«. Die Verstärkung des Kathodenstromes h an den Dynoden D₁ bis D₃ ist durch Andeutung der Elektronenbahnen schematisch dargestellt (Elektronenbahnen gestrichelt, Stromflußpfeile in konventioneller Darstellung entgegengesetzt zur Elektronenflußrichtung). Mit der Stufenverstärkung ν wird der effektive Anodenstrom la = i'³ ■ I_t. Der Strom an der 3. Dynode ist

v-1

A = —

(2)

Der Operationsverstärker OP bildet zusammen mit

dem fett eingezeichneten Arbeitswiderstand A₀₃ der Dynode D₃ einen Strom-Spannungswandler, der das Potential dieser Dynode konstant hält, während am Ausgang des Operationsverstärkers die Signalspannung

U, = -I₃ ■ R_as

(3)

ao erhalten wird.

Das Verhältnis der ohmschen Dynodenspannungsteilerwiderstände Rb₁, ... R_bi = Rb zu den ohmschen Arbeitswiderständen R_au ..., R_ai = Ra sollte ungefähr gleich der Stufenverstärkung ν des Vervielfachers »5 oder etwas kleiner als diese gewählt werden. In diesem Falle erhält man über den Dynodenspannungsteiler eine Spannungsgegenkopplung, die Spannungsänderungen an den vorausgehenden Dynoden D₁ und D₁, die durch den endlichen Dynodenstrom /, und I₁ versa ursacht werden, weitgehend ausgleicht. Um dies zu zeigen, sei die Anzahl gleicher Widerstände von der Größe R_b, die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und der negativen Spannungsquelle — Ub liegen, mit η bezeichnet. (Bei den gezeigten Schalter-Stellungen in F i g. 1 η = 3, in F i g. 2 η = 5 mit Rd₁, ■ ■ ■ Rds = Rb-) Die Spannungsänderung A ί/, an der 2. Dynode ist dann

erhält man:

Setzt man

AU₂=

1 ( ν

A U₂ = -I₁ {{ην- ν-η + ν²) R_b - (ην - ν - η) R₁

η { (ν-1)²

(4)

(5) (4a)

Rb/Ra = (ν -

(6)

dann wird AU₂ = 0 bis auf einen Fehler der Größe Us/n · v³. Das Gleiche gilt für die Spannungsänderung A U₁ an der 1. Dynode.

Ohne die Spannungsgegenkopplung wären die Spannungsänderungen bei gleicher Dimensionierung von der Größenordnung U_s selbst. Die Spannung an der Kathode K wird in F i g. 1 durch die Spannungsquelle -Ub konstant gehalten. Liegen dagegen wie in F i g. 2 zwischen der Kathode und der Spannungsquelle — Ub weitere Widerstände Rd von der Größe der Widerstände R_b, dann läßt sich durch eine geeignete Dimensionierung, die im Zusammenhang mit F i g. 2 besprochen wird, auch die Spannung an der Kathode konstant halten.

Obwohl durch die Einführung der Arbeitswiderstände R_a die zunächst der Vereinfachung der Dynodenumschaltung dienen, der Quellwiderstand des Dynodenspannungsteilers an den Dynodenanschlüssen effektiv erhöht wird, ist es also möglich, alle Dynoden-

Spannungen, die für die Verstärkung des Vervielfachers wesentlich sind, konstant zu halten. Dies ist deshalb wichtig, weil belastungsahhängige Spannungsänderungen zu einer Verstärkungsänderung der Dynodenstufen führen, die sich in einer Nichtlinearität des Ausgangssignals äußern. Während normalerweise bei Vervielfacherschaltungen, von denen eine hohe Linearität verlangt wird, entweder ein sehr hoher Querstrom im Dynodenspannungsteiler oder eine gesonderte Stabilisierung der Spannungsversorgung mehre-

rer Dynodenstufen erforderlich ist, ist es bei der beschriebenen Anordnung von Dynodenspannungsteilerwiderständen und Arbeitswiderständen in Form eines Kettenleiters möglich, den Strombedarf der Schaltung

e e λ C

rr fa S.

k; or Si d( ai

lit be

ge Ε; Ik fii h( A d(

F sp D

beträchtlich zu reduzieren und trotzdem bis zur Grenze der Belastbarkeit des Vervielfachers eine sehr gu'.e Linearität des Ausgangssignals U₃ zu erhalten. In engen Grenzen variabel ist allein die Spannung an der als Anode gehaltenen Dynode D₄. Die hier auftretende Spannungsänderung hat aber, wenn die Versorgungsspannung Uc hinreichend groß ist, vernachlässigbajen Einfluß auf die Verstärkung und damit auf die Linearität. Die Spannung U₆ soll mindestens gleich der Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden sein. Durch eine gewisse Änderung des Widerstandsverhältnisses Rb/Ra bzw. der Stufenverstärkung ν lassen sich auch andere Nichtlinearitätsursachen kompensieren. Bei extrem hoher Strombelastung ist durch unterschiedliche Wahl einzelner Widerstände eine individuelle Optimalisierung für die einzelnen Empfindlichkeitsstufen möglich. Ein Beispiel — die Kompensation des Spannungsabfalles in der Photokathode — wird an Hand von F i g. 3 besprochen.

Die bei der vorliegenden Schaltungsanordnung *o mögliche Herabsetzung des Querstromes im Dynodenspannungsteiler vereinfacht die Stromversorgung, verbessert auch bei kompaktem Aufbau die Stabilität des Dynodenspannungsteilers und verringert die Wärmeentwicklung in unmittelbarer Nähe des wärmeempfindlichen Vervielfachers PM. Sie hat überdies den Vorteil, daß der Ausgang des Operationsverstärkers OP nur wenig belastet wird. Der in F i g. 1 gestrichelte Widerstand Ä&₅ dient dazu, diese Belastung auch in der höchsten Empfindlichkeitsstufe gering zu halten.

Die Schaltung nach F i g. 1 kann auf Vervielfacher mit beliebig vielen Dynodenstufen erweitert werden. Wenn der verwendete Vervielfacher mehr Dynoden hat, als maximal benötigt werden, werden die nicht benutzten Dynoden fest mit der Anode verbunden.

Bei der praktischen Ausführung kann es zweckmäßig sein, den verschiedenen Bauarten von Vervielfachern durch eine entsprechende Abwandlung der Schaltung nach F i g. 1 Rechnung zu tragen, wie unten erläutert werden wird.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung für einen Photovervielfacher PM, die eine Photokathode auf Metallsubstrat und eine Dynodenanordnung mit linear oder zirkulär fokussierender Struktur hat. Zu diesen Vervielfachern, die schon an der Photokathode eine sehr hohe Strombelastbarkeit aufweisen, gehören insbesondere die viel verwendeten Typen mit seitlichem Lichteintritt, z. B. die Typen RCA 1 P 28 und EMI 9781 mit 9 Dynoden und Äquivalenztypen. Um den Betrieb auch als Photodiode zu ermögliehen, wird in F i g. 2 ein mit Ä_ot bezeichneter Arbeitswiderstand in die Zuleitung zur Photokathode K gelegt und an die Schalter S₁ und S₂ angeschlossen. Es sind Photokathodenströme bis über 100 μΑ möglich. Die in F i g. 2 dargestellte Schaltung hat 6 Empfindlichkeitsstufen: Photodiode, 1 bis 5 Dynoden. Die höheren Dynoden D₆ ... D₈ sind zusammen mit der Anode A an die positive Spannung + U_e angeschlossen, doch kann die Anode zusammen mit den Dynoden D₈ und D, auch auf Erdpotential gelegt werden.

Eine wichtige Weiterbildung von F i g. 2 gegenüber F i g. 1 besteht in der Überbrückung der Dynodenspannungsteilerwiderstände A^₂... Rt,_s durch parallele Dioden Ds, ... Dt₅, deren Anode jeweils zur niedrigeren Dynode zeigt, und in dem Widerstand R_c, der vom Dynodenspannungsteileranschluß der höchsten umschaltbaren Dynode nach Erde führt, wobei z. B. Rc = 3 Rb sein kann. Die Dioden (z. B. Ds₅) werden beim Herunterschalten der Dynodenzahl leitend und sorgen dafür, daß alle Dynoden, die oberhalb der letzten aktiven Dynode liegen, mit möglichst geringem Quellwiderstand mit der Spannung +i/_r verbunden werden. Dies ist wichtig, weil bei linear oder zirkulär fokussierter Dynodenanordnung die elektrostatischen Felder mehrerer aufeinanderfolgender Dynoden ineinander übergreifen. In diesem Falle müssen mindest zwei aufeinanderfolgende Dynoden als effektive Anode zusammengeschaltet werden. Für die Dioden D₆₂ ... D_bi können robuste Netzgleichrichterdioden verwendet werden, die bei der Umschaltung nicht gefährdet sind. Eine weitere Verbesserung bringt in F i g. 2 die Einfügung von Vorwiderständen Ra (Rd₁ ... Rds) in die Zuleitung der negativen Versorgungsspannung

— Ub, die über einen Schalter S₄ gemeinsam mit den Schaltern Si bis S₃ umgeschaltet werden und bezwecken, daß die Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden beim Umschalten im wesentlichen konstant bleibt (mit Ra₁ ... ,R_ds = Rb).

Diese Ausführung bringt nicht nur eine Bedienungsvereinfachung, sondern erlaubt es auch, mehrere Vervielfacher unabhängig von der individuell eingestellten Dynodenzahl mit der gleichen Versorgungsspannung

— Ub zu betreiben. Im Gegensatz zu üblichen Stromversorgungen für Sekundärelektronenvervielfacher braucht die Spannung — Ub nicht variiert zu werden.

Wird jeweils nur ein Vervielfacher an einer Stromversorgungseinheit (Netzgerät) betrieben, dann kann man als Alternative auf die Vorwiderstände Rd verzichten und über einen Schalter entsprechend S₄, der mit den Schaltern S₁ bis S₃ gekoppelt ist, eine Spannungsprogrammierung der Stromversorgung">einheit vornehmen. Noch einfacher ist es, auch den Schalter S₄ fortzulassen und für die Erzeugung der Spannung — Ub an Stelle der üblichen Spannungskonstantquelle vorzusehen. Die Kompensation der Potentialänd:rungen im Dynodenspannungsteiler sorgi dafür, daß auch in diesem Falle belastungsabhängige Spannungen erhalten werden, und beim Umschalten ändert sich die Versorgungsspannung entsprechend der Zahl der Dynodenstufen.

Eine von Gleichung (6) abweichende Kompensationsbedingung besteht für die Dimensionierung des Arbeitswiderstandes R_ttk in der Zuleitung zur Photokathode K bzw. für die Dimensionierung des Dynodenspannungsteilerwiderstandes As₁ der ersten Dynodenstufe. Setzt man R_bl = R_b und läßt man eine in F i g. 2 eingezeichnete, in Reihe mit dem Widerstand Rt₁ liegende Zenerdiode Z₁ außer Betracht, dann lautet die Kompensationsbedingung für einen idealen Photovervielfacher beim Betrieb mit einei einzigen aktiven Dynode

w-1 v-1

b₁ = Rb) (7)

Alternativ kann man R_ak = Ra setzen und R_bl kleinei wählen.

Um nur den dynamischen Widerstandswert /J₆₁ unc nicht auch die Spannung an der ersten Dynodenstufi zu verkleinern, soll der Widerstand Ao₁ mit eine Zenerdiode Z₁ in Reihe geschaltet werden, die durcl einen Kondensator C_z (z. B. 0,5 μψ) zu überbrücket ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist beson ders deshalb wichtig, weil der bei realen Vervielfachen von 1 abweichende Elektronensammelfaktor β an de

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ersten Dynode zu einer von Gleichung (7) verschiedenen Kompensationsbedingung führt, die im Falle R_1n = R_b sogar negative Werte für R_ak liefern könnte.

Unter Vernachlässigung des dynamischen Widerstandes der Zenerdiode gilt beim Betrieb mit einer aktiven Dynode

L- ¹I - -¹- Ra

-I) - 1} Ra; (Ra, = Ra)

1 +

(8)

(v - I)²

Verzichtet man hingegen auf die Möglichkeit, den Vervielfacher auch als Photodiode zu betreiben, und setzt Rak = 0, dann wird

Rm= β(v-l)R_a; (Ra_t = 0) (9)

Im Falle β = 0,8 und ν = 5 wird A₆, = Rb, und die Zenerdiode Z₁ kann ebenfalls entfallen.

Eine andere Möglichkeit, die Kompensationsbedingung beim Betrieb mit einer einzigen aktiven Dynode zu erfüllen, besteht darin, in dieser Empfindlichkeitsstufe selektiv die Spannung an der ersten Dynode und damit die Verstärkung ν zu erhöhen. In F i g. 2 kann dies durch unterschiedliche Vorwiderstände erreicht werden, z. B. mit Ad₁ = 2 R_b, R_d„ = 0, und Ad₃, ..., Ra₆ = Ri>. Weitere Maßnahmen werden an Hand von F i g. 4 und 5 besprochen werden. Zur Optimierung der Linearität in allen Empfindlichkeitssiufen ist es dabei zweckmäßig, zunächst das Verhältnis Rb/Ra gemäß Gleichung (6) bei drei und mehr aktiven Dynoden festzulegen, anschließend den Widerstand Rb₁ für den Betrieb bei zwei aktiven Dynoden zu optimieren und zur Linearisierung bei einer einzigen aktiven Dynode den Widerstand Rn₂. zu variieren. Der Widerstand R_di sorgt in der Betriebsstellung «Photodiode« für eine gleichmäßigere Belastung des Operationsverstärkers sowie der Spannung^quelle -Ub und ist unkritisch. Die Linearität stimmt bei Photovervielfachern gleichen Typs im allgemeinen gut überein, so daß eine individuelle Dimensionierung nur in Extremfällen erforderlich ist. Diese Feststellung widerspricht nur scheinbar der Erfahrung, daß bei konventionellen Vervielfacherschaltungen häufig größere Exemplarstreuungen gefunden werden. Solche Exemplarstreuungen infolge von Fertigungstoleranzen beim Zusammenbau d is Dynodensystems machen sich bei niedriger und variabler Stufenspannung an den Dynoden und großer Dynodenzahl weit stärker bemerkbar als bei der hier vorliegenden Schaltung, wo mit weitgehend konstanter hoher Stufenspannung und der geringstmöglichen Anzahl von aktiven Dynoden gearbeitet wird.

Als Operationsverstärker OP können verzugsweise moduläre oder integrierte Verstärker verwendet werden, z. B. der bekannte Schaltkreis Fairchild 709. Die Eingangsstufe kann mit bipolaren oder Feldeffekt-Transistoren bestückt sein. Bei Verstärkern mit Differenzeingang wird der nicht invertierende (-)-) Eingang an Schaltungsnull (Erde) gelegt. Die Auswahl richtet sich hauptsächlich nach der Bandbreite und der maximalen Signalanstiegsgeschwindigkeit sowie nach Eingangswiderstand, Drift und Rauschen des Verstärkers. Typische Daten einer Schaltung nach F i g. 2 sind z. B. -Ub= -625 V, -f U_c -= +130V, R₁, = 27 kü, Rb= Rd = 82 kü, R_c = 390 kü. Mit diesen Werten wurde bei Strömen an der letzten aktiven Dynode bis 150 μΑ eine Linearität von 1 % und besser gemessen. Das breitbandige elektronische Signal-Rausch-Verhältnis bis 300 kHz lag bei Verwendung eines handelsüblichen Operationsverstärkers bei 10OdB; es liegt ίο damit in jedem Falle besser als das optische Signal Rausch-Verhältnis nach Gleichung (1). Diese Wert können als ungewöhnlich gut bezeichnet werden, insbesondere im Hinblick darauf, daß preiswerte Standardvervielfacher verwendet werden können. Der Strombedarf der Schaltung liegt nur wenig höher als bei Schaltungen, die für statische Messungen verwendet werden. Die Verstärkungsvariation durch Umschalten der Dynoden beträgt etwa 1: 2000.

Für Kurzzeitmessungen ist das Einschwingverhalten der Schaltung gemäß F i g. 2 wichtig Dieses wird, außer durch den Operationsverstärker OP selbst, insbesondere durch den Arbeitswiderstand R_a und die Streukapazitäten zwischen den Dynoden, den Zuleitungen und den Schalterkontakten bestimmt. Bei

dieser Ausführungsform erfüllen die Paralleldioden D₁, im Dynodenspannungsteiler auch den Zweck, das Einschwingverhalten zu verbessern, indem die ÄC-Zeitkonstanten in den Zuleitungen der als Anode arbeitenden Dynoden hinreichend klein gehalten werden. Zur

weiteren Korrektur des Einschwingverhaltens dienen insbesondere Kondensatoren und Widerstände C_f, R_f, Cf, Rf'.

Ohne den Widerstand Rf dient der Kondensator C/ in bekannter Weise als Stabilisierungskapazität für den Operationsverstärker. Andererseits kann auch die Streukapazität zwischen der letzten aktiven Dynode und den höher liegenden Dynoden zur Stabilisierung ausgenutzt werden, indem über die ßC-Kombination C/ und R/ (mit R/ <ξ R_a) eine phasenvoraneilende Frequenzgangkorrektur eingeführt wird. Die Schalterelemente Cf und Rf dienen dann zum optimalen Abgleich des Einschwingverhaltens. Eine kapazitive Gegenkopplung erfolgt aber auch über den Dynodenspannungsteiler über die tieferliegeaden Dy-

'5 noden. Wird eine möglichts kurze Einschwingzeit ohne Verringerung der Widerstände R_a und R_b verlangt, dann sind die hier auftretenden Zeitkonstanten zu groß. Zur Korrektur können kleine Kondensatoren Cg (z. B. 10 pF) in Reihe mit Widerständen Rg <ζ Rg ζ. B. an die Dynodenspannungsteileranschlüsse der 2. und 4. Dynode gelegt werden (Q₂, R₀₂ und Q₄, R_gt). Ohne die letztere Korrektur wurde bei einem Arbeitswiderstand R_a = 27 kOhm eine Detektorenzeitkonstante td = 0,3 μβεο erzielt, mit dieser Korrektur eine solche von nur 0,15 μβεα, wobei ein Operationsverstärker mit einer Bandbreite von einigen MHz verwendet wurde. Diese Werte zeigen, daß die vorliegenden Schaltungen für Photovervielfacher herkömmlichen Schaltungen ohne Dynodenumschaltung auch hinsichtlich des Einschwingverhaltens nicht unterlegen sind. Das Einschwingverhalten ist frei von schleichenden Übergängen im längeren Zeitbereich. ^C-Siebmittel in den Stromversorgungsleitungen (Q, Ra ^ Rb, C_c, Rc <^ Ra) haben bei geeigneter Dimensionierung keinen Einfluß.

Beim Umschalten der Dynoden brauchen die Versorgungsspannungen — Ub und +U_r nicht abgeschaltet zu werden, wenn die Schalter 5, und S₃ beim Um-

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15 ₁₆

schalten öffnen. Die Schalter S₂ und S₁ können vom Ändern der Versorgungsspannung — U_B betrieben öffnenden oder nicht öffnenden Typ sein. Der Eingang werden kann, wobei der Empnndlichkeitsbc reich durch des Operationsverstärkers OP wird beim Umschalten Arbeitswiderstände Λ_αι2 (z. B. 9 R₀) und A₀₁₃ (z. B. durch einen Schutzwiderstand Ä, und Dioden D₁ ge- 90 R_a) in Reihe mit dem Widerstand R_0n (= R_a) erschützt, die gegen Erde liegen oder durch eine geringe 5 weiten wird. Der Eingang des Operationsverstärkers Spannung in Sperrichtung vorgespannt sind. Dank des OP liegt dann über den Schalter S₁ direkt an der sehr geringen Querstromes im Dynodenspannungs- Dynode D₁₁, während der Arbeitswiderstand über den teiler und der Antiparallelschaltung der Dioden D₄ Schalter S₂ am Aasgang umgeschaltet wird. Auf eine können diese in keinem Falle beschädigt werden. Kompensation nach Gleichung (6) wird beim Betrieb

Durch Verwendung von Spezialschaltern läßt sich io mit 11 Dynoden verzichtet. Zur Verbessert ng der ein vereinfachter Schaltungsaufbau erzielen. Benutzt Linearität kann aber in bekannter Weise die Spannung man z. B. an Stelle des in F ι g. 2 gezeigten Schalters S₃ zwischen vorletzter und letzter Dynode erhöht werden einen solchen in summierender Ausführung, der die (z. B. R_b._ir ..., R_bl0 = R_b, R_bn = 1,8 R_b). Der obere Dynodenspannungsteileranschlüsse aller Dynoden, die Punkt des Dynodenspannungsteilers wird über eine auf positivem Potential liegen sollen, gleichzeitig i₅ Gleichrichterdiode D'_bll auf erdnahem Potential geerfaßt, dann können die Dioden D_b entfallen. Die Ver- halten. Beim Herunterschalten der Dynodenzahl wird wendung derartiger SpezialSchalter ist unter anderem die Diode D'_bn stromlos. Signaldicdsn D₀ und Da, eine Stückzahlfrage. Bei der Auswahl der Schalter sind die in Reihe zwischen den Dioden £ t, [Db_n, D_bl0 usw.) hohe Spannungsfestigkeit, gute Isolation und niedrige und dem Widerstand R_c liegen, weruen jetzt von dem Kapazitätswerte vorrangig. Geeignet sind z. B. Schal- ao Strom/== U_c/R_c durchflossen und se Ii ßen die Widerter mit glasierter oder silikonierter Keramik. stände R_aii und R_ax3 kurz, so daß in der Zuleitung zur

Die Schaltung F i g. 2 wird vervollständigt durch Dynode D_n kein zu großer Spannungsabfall auftreten

eine Überlastanzeige, die aus einer Zenerdiode Z/,, kann.

einem Transistor Tl mit einem Basiswiderstand R_L Wird der Vervielfacher PM vorzugsweise bei niedri-

und einer Kontrollampe L besteht. a₅ ger Dynodenzahl betrieben, dann kann ein in der Zu-

F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für Photo- leitung zur negativen Stromversorgung — L'_ß liegender

vervielfacher mit frontalem Lichteintritt, deren Photo- Schalter Sb geschlossen, die Spannung — Ub reduziert

kathode auf der Innenseite des Eintrittsfensters auf- und dadurch die Wärmeentwicklung in der Reihe der

gedampft ist. Die Dynodenstruktur kann beliebig sein. Vorwiderstände Rdi .. -, Rdi = R& vermindert werden.

Es handelt sich um eine besonders vielseitige Aus- 30 Durch Dioden D«j₅ ... Dd₇ wird dabei gewährleistet,

führung mit einer Verstärkungsvariation von 1: 10^e daß bei geschlossenem Schalter Sd in allen höheren

und mehr. Der maximale Kathodenstrom kann einige Empfindlichkeitsstufen die Spannung — Ub direkt an

pA betragen, während seine untere Grenze bei weni- die Kathode K gelangt.

gen pA und darunter liegen kann, so daß dann zu Beim Betrieb mit niedriger Dynodenzahl tritt folseiner Erfassung die volle Verstärkung eines viel- 35 gende Schwierigkeit auf, die durch eine Weiterbildung stufigen Vervielfachers benötigt wird. Ein typisches der vorliegenden Schaltungen vermieden wird: Photo-Anwendungsgebiet sind dynamische und statische kathoden, die auf das Glas des Eintrittsfensters aufge-Fluoreszenzmessungen, Lichtabsorptionsmessungen dampft sind, haben infolge ihres Flächenwiderstandes mit maximaler Quantenausbeute usw. Ein typischer eine wesentlich geringere Strombelastbarkeit als Photo-Photovervielfacher ist der Typ EMI 9558 mit Trialkyli- 40 kathoden auf Metallsubstrat. Der innere Widerstand (S 20)-Photokathode und 11 Dynoden (Jalousie-Dy- der Photoschicht führt bei hoher Strombelastung zu noden). einem ortsabhängigen Spannungsabfall, der die elek-

Die Schaltung gemäß F i g. 3 ist für einen Betrieb trostatische Fokussierung der Photoelektronen auf die mit 2 bis 11 aktiven Dynoden ausgelegt. Die 5. bis erste Vervielfacherdynode und die Verstärkung der 8. Dynode und die zugehörigen Schaltelemente und 45 ersten Dynodenstufe beeinflußt und zu einer Nicht-Schalteranschlüsse sind aus Gründen der Übersicht- linearität des Ausgangssignals führt, auch wenn sämtlichkeit in F i g. 3 nicht eingezeichnet. Desgleichen liehe Vervielfacheranschlüsse auf konstanten Potensind Schaltelemente zur Korrektur des Einschwing- tialen gehalten werden. Günstig ist die Verwendung Verhaltens und zum Schutz des Operationsverstärkers von Photovervielfachern mit Trialkali-Photokathoden, beim Umschalten sowie ÄC-Siebmittel in den Strom- 50 die vergleichsweise niederohmig sind. Spezielle Hochversorgungsleitungen nicht dargestellt; sie können wie stromphotovervielfacher besitzen Leitfähigkeitsbahnen bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ausgebildet in der Photokathode, doch muß auch in diesem Fall sein. Auch die Dimensionierung der Widerstandswerte dem Spannungsabfall in der Photokathode Rechnung Λ_ο (Ra₁ ■ ■ ■ Ra», Ä„ii), Rb (Rb₂ ■ ■ ■ Rbn), Rc und Ra getragen werden.

(Rdi . ■ ■ Rdi), der Dioden D₆ (D_b3 ... D_bn, D'_bn) 55 Die beschriebene Nichtlinearität läßt sich erheblich

und der Spannung + U_c kann den zu F i g. 2 gemach- verringern und dadurch die Anzahl nutzbarer Empfind-

ten Angaben entsprechen, während die Spannung — i/ß lichkeitsstufen erweitern, wenn man die Spannung

wegen der größeren Zahl von Dynoden entsprechend zwischen Photokathode und erster Dynode über die

größer zu wählen ist. Die Dimensionierung des üblichen Spannungswerte hinaus erheblich vergrößert, Dynodenspannungsteilers an der ersten Dynodenstufe 60 vorzugsweise mindestens um den Faktor 1,5 oder 2.

(Zenerdiode Zj größerer Spannung als in F i g. 2 Hierdurch wird zunächst die Verstärkung der ersten

und Fortfall des Widerstandes Rb₁) wird weiter unten Dynodenstufe und die Fokussierung der Photoelek-

behandelt. tronen auf die erste Dynode vorteilhaft beeinflußt, und

Auf eine Verstärkungsstellung »10 Dynoden« wird man erhält günstigere Bedingungen, um die an Hand verzichtet. Statt dessen sind drei Verstärkungsstellun- 65 von F i g. 1 beschriebene Kompensation von Potentialgen »11 Dynoden« vorgesehen, in denen die Schaltung änderungen durch Spannungsgegenkopplung im Dywie eine normale Vervielfacherschaltung ohne Dy- nodenspannungsteiler anwenden zu können. Um ein nodenumschaltung mit Verstärkungsvariation durch sicheres Arbeiten in der Nähe des zulässigen Span-

nungsgrenzwertes zu ermöglichen, ohne diesen zu überschreiten und gleichzeitig einen großen Innenwiderstand der Kathode kompensieren zu können, wird bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 an Stelle eines ohmschen Widerstandes Rb₁ eine Impedanz in Form einer Zenerdiode Z₁ in den Dynodenspannungsteiler eingefügt, der ein Kondensator C₂ parallel liegt. Der Spannungsabfall an der Zenerdiode kann z. B. 250 V betragen und ist wesentlich größer als in

die das Kathodenpotential bei niedrigem Kathcdenstrom Ik konstant hält. Bei zu hohem Kathodenstrom wird die Diode D_sk stromlos, der Spannungsabfall am Widerstand R_st nimmt zu und die Spannung zwischen Kathode und erster Dynode ab, wodurch die Belastung sowohl der Photokathode wie auch des Dynodensystems begrenzt wird. Durch Parallelschalten eines Kondensators Co₅ zur ersten Dynodenstufe kann man erreichen, daß dieser Effekt nur bei statischer Über-

der Schaltung gemäß F i g. 2. Die Linearität beim 10 lastung und nicht bei der Messung von kurzen Licht-

" ^: ■ --"' ^J ·-··■-- - - ' · impulsen eintritt, denen gegenüber eine wesentlich

höhere Impulsbelastbarkeit angenommen werden kann. Die in F i g. 6 gestrichelt eingezeichneten Schaltelemente Dk und Rb₁ zeigen, wie die Schaltungen nach F i g. 4 und F i f. 6 miteinander zu kombinieren sind. Die Zuleitung zum Schleifer des Schalters S₁ ist an der mit einem Kreuz bezeichneten Stelle zu unterbrechen. Zur Kombination der Schaltungen F i g. 5 und 6 sind die Elemente R_1n und £>* durch die Zenerdioden Z₁

Betrieb mit der niedrigsten Empfindlichkeitsstufe zwei Dynoden läßt sich erforderlichenfalls durch eine von Rb abweichende Dimensionierung des Widerstandes Rb₂ einstellen, gegebenenfalls auch durch Reihenschaltung mit einer weiteren Zenerdiode.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß beim Betrieb mit wenigen aktiven Dynoden eine größere Spannung zwischen Photokathode und erster Dynode zulässig ist als beim Betrieb mit vielen Dynoden. Beim

Betrieb mit vielen Dynoden ist es außerdem erwünscht, _ao und Z₁ zu ersetzen, wobei der Spannungsabfall an der die verfügbare Spannung — Vb gleichmäßiger auf die Zenerdiode Z₁ um den Spannungsabfall am Widerstand Rbk größer zu wählen ist als in F i g. 5.
Schaltungen ähnlich F i g. 2 und 3 eignen sich auch

für Sekundärelektronenvervielfacher, die zum Nach-

Dynodenstufen zu verteilen. Ein Teil einer Schaltung,
die in der niedrigsten Emp.^^chkeitsstuie selektiv
eine besonders starke Spannungserhöhung ermöglicht,
ist in F i g. 4 dargestellt: In der niedrigsten Empfind- a₅ weis vor. Ionen, Elektronen, kurzwelligen UV- oder lichkeitsstufe sind der Schalter S₄ und eine zwischen Röntgen-Quanten verwendet werden. Im Gegensatz dem Schalter und der Kathode liegende Diode Dk zu Photovervielfachern ergeben sich bei derartigen stromlos. Die Spannung zwischen Photokathode und »Teilchenvervielfachern« folgende Unterschiede: Teil-Dynode D₁ wird allein durch den Spannungsabfall an chenvervielfacher besitzen in der Regel keine besondere dem Widerstand Rb₁ bestimmt. Beim Umschalten auf 30 Kathode; der nachzuweisende Teilchenstrom wird höhere Empfindlichkeit liegt dem Widerstand Rb₁ ein dann nach Durchtritt durch eine Blende direkt auf die Widerstand Ri₁₁ parallel, und der Spannungsabfall ist erste Dynode des Vervielfachersystems gelenkt und verringert. Unterbricht man an der mit einem Kreuz löst dort erst Elektronen aus. Zum Nachweis ist zubezeichneten Stelle die Zuleitung zum zweiten Schalter- nächst eine Vervielfachung der Elektronen in mehreren kontakt oder fügt man an dieser Stelle einen weiteren 35 Dynodenstufen erforderlich. Die besonderen Pro-Widerstand der Größenordnung Rb ein, dann wird die bleme, die bei Photovervielfachern beim Betrieb als Spannungserhöhung an der ersten Dynodenstufe auch Photodiode oder mit sehr wenigen aktiven Dynoden in der zweitniedrigsten Empfindlichkeitsstellung wirk- auftreten, können deshalb außer Betracht bleiben, sam. Geeignete Widerstandswerte sind z. B. Rb₁ = R_n Der Einsatz einer Dynodenumschaltung beim Betrieb = 3 Rb, Aj₁ und Rd₂ — 0 bis Rb, Rda usw. = Rb. Eine 40 mit einer größeren Zahl von Dynoden kann trotzdem etwa vorhandene Fokussierelektrode F des Verviel- zweckmäßig sein, um bei höheren Teilchenstromdichten die bei herkömmlichen Schaltungen erforderliche Verringerung der Dynodenvorspannung zu vermeiden und hohe Linearität des Ausgangssignals zu

fachers wird entweder mit der Photokathode oder mit einer Anzapfung des Widerstandes Rb₁ verbunden. Durch geeignete Einstellung des Potentials an dieser E)/- k trode läßt sich die Linearität ebenfalls beeinflussen; 45 gewährleisten, insbesondere kann man erreichen, daß sich das Empfindlichkeitsprofil der Photokathode in Abhängigkeit vom Kathodenstrom möglichst wenig ändert.

Als Alternative zu F i g. 4 kann nach F i g. 5 die Spannung zwischen Photokathode und Dynode D₁ auch umschaltbar durch Zenerdioden stabilisiert werden. Eine Zenerdiode Z₁' arbeitet in der niedrigsten Empfindlichkeitsstufe als Zenerdiode in Serie mit der Zenerdiode Z₁ und in allen anderen Empfindlichkeitsf i i

Schaltungen für Sekundärelektronenvervielfacher mit verkürzter Anstiegszeit r/>:

Die kürzeste Anstiegszeit Xd, die sich mit Vervielfacherschaltungen gemäß F i g. 1, 2 und 3 mit den derzeit verfügbaren Sekundärelektronenvervielfachern und Bauelementen erreichen läßt, ohne den Querstrom im Dynodenspannungsteiler über wenige Milliampere hinaus zu steigern und eine spürbare Erwärmung in

stufen als normale Diode in Vorwärtsrichtung. Ein 55 Kauf zu nehmen, liegt in der Größenordnung von etwa Widerstand Rb₁ sorgt für einen Minimalstrom durch 100 nsec. Bei vielen Aufgaben in Forschung undTechdie Diode Z₁' und kann z. B. R^₁ = 10 Rb gewählt nik, bei denen der Einsatz eines Vervielfachers mit werden. Dynodenumschaltung zweckmäßig sein kann, be-

F i g. 6 zeigt eine Schutzschaltung für die Photo- nötigt man jedoch kürzere Anstiegszeiten. Bei herkathode, mit der eine Überlastung des Photoverviel- 60 kömmlichen Schaltungen für derartige Kurzzeitfachers beim Experimentieren mit hohen Lichtströmen messungen, insbesondere bei der Messung von Lichtvermieden werden kann. In der Zuleitung zur Photo- impulsen, ist es üblich, die Dynodenspannungsteilerkathode liegt ein Schutzwiderstand R_Sk, der erheblich widerstände kapazitiv zu überbrücken und hierdurch größer ist als ein Widerstand Rbk, der zur Erzeugung den Strombedarf des Dynodenspannungsteilers trotz einer Vorspannung für den Widerstand R_Sk am unteren 65 hoher hnpulsströme an der Anode zu begrenzen. An Ende des Dynodenspannungsteilers angefügt und z. B. der Anode selbst sind Arbeitswiderstände in der gleich Rb gewählt wird. Zwischen der Kathode und Größenordnung von 50 bis 1000 Ohm gebräuchlich, dem Dynodenspannungsteiler liegt eine Diode A*, Die Anode arbeitet häufig ohne Zwischenschaltung

is^: se al· k. de

AL·

von der Größenordnung der Anstiegszeit x_D oder nur

nes Koaxialkabels. Ein Hauptnachtel s wenig größer gewählt wird, z. B. T₆ = 2 ... -O- τζ>·

«•η besteht darin, daß sich bei dichter Inipulsfolge Dies entspricht in der Praxis einem Wert C_b - 10 ... H stärkeren Impulsen die Dynodenpofntiale ändern. 500 pF. Die untere Grenze von C_b ist nicht nur durch ^l ihtli Einschwingvorgänge die z B 5 die auftretenden Impulsbelastungen, sondern lnsbe-

sondere durch die Streukapazitäten zwischen den Dynoden, den Zuleitungen und den Schaltelementen bestimmt, denen gegenüber C hinreichend groß bleiben muß. , . . ,

Der zusätzliche Arbeitswiderstand R_a in r· ig. · kann mit einem Kondensator von der Große U in Reihe gelegt werden, wodurch das niederfrequente

inrs Verstärkers direkt auf den Wellenwiderstand ^e;„p.e Koaxialkabels. Ein Hauptnachteil solcher Schal-

undstarKeicii im_Fu.^«. —γ -.,..„—..j— _ -·—«·

Man erhält nichtlineare Einschwingvorgange, die z. b. bei Impulshöhenanalyse sehr unerwünscht sind. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Verstärkungsvariatio-, die sich bei herkömmlichen Schaltungen für Kurzzeitmessungen duidi Ändern der Dynodenvorspannung erzielen läßt, weil sich die erforderlichen großen Aus-Bangsströme an kleinen Arbeitswiderständen nur bei

erzielen lassen. Die

weitergebildet.

ι An der letzten aktiven Dynode, an der der Signalfuom abgenommen wird, wird der wirksame fSswiderstand verkleinert, um den Einfluß der Streukapazitäten auf die Anstiegszeit zu vernngemDieses ist ohne Änderung der Arbeits-Srstände R_a und der Dynodenspannungsteilerwiderstände Rb und damit ohne Änderung der Kompensationsbedingung Gleichung (6) möglich, wenn man zwischen den Eingang des Operations-SrkirsOP und Erde einen zusätzlichen Arbei sw demand R_a' < Ra einfügt. 2 Das Potential an den übrigen Dynoden wird

■ SSSSSW*

^ £_ß ^ -_{ußedich nicht mehr in} Erscheinung tritt; in diesem Falle entspricht der Widerstand Λλ dem Widerstand*.', und der Kondensator Qj hat die Größenordnung von C₆. We.terh.n können der W der

stand Ä.' und damit die Anstiegszeit r_B ™*^h _w*^a' gemacht werden (z. B. R_a' = Ä./9..RaP!u.ridoo,wöbe das Stabilisierungsnetzwerk zweckmäßig mit umge schaltet wira.

InFi g, 8 ist -"e Weiterbildung der gestellt, die ohne den komp ementar-Schalters, auskommt. Hier is zwischen jeder um schaltbaren Dynode und Erde cn e.gener_ zu«Ozhcher Arbe.tsw.derstand Λ_β1 .Λ-. = Λ.^ Re m.

Fine solche Weiterentwicklung einer Schaltung nach erzielen. Die Dimensionierung wird entsprechend

S=

verstärker, der durch em Netzwerk Q₁, Q₂ und Rf₁ stabilisiert und in seinem Frequenzgang korr giert wird. Die Elemente Ä, und C₈ aus F . g. 2 werden ^n^rLswerterUnterschiedzuheikommh^n Vervielfacherschaltungen, bei denen die Dynoden-

äst

so sind^vorzugswe se aa _Slückzahl hergestellt

ung^ ^ach F g. 2 m g _{vereinfacht da}nn

^^^ _{und erleicht} ^P _ert die optimale₍ An-

der Möglichkeit, sehr kleine ^K.^onde _t ^ns.^at _e ^ore"^_De^ verwenden. Voraussetzung hierfür ,st deKojgsationsbedingung Gleichung (6), die von der Große des zusätzlichen Arbeitswiderstandes R_a unabhängig ist. Sobald nämlich der Operationsverstärker enge-Schwüngen ist, stabilisiert sich die Spannung an allen aktiven Dynoden auf Grund der Spannungsgegenkopplung auf ihren ursprünglichen Wert. Es genügt deshalb, daß die Zeitkonstante

_{c R} ,

₍₁₀) ^^^ ip _mu| _gegebenenfalls, der entsprechend, ausgetauscht

^""Anwendungen, bei denen gleichzeitig kurze ^nsriegSn, hohe statische Belastbarkeit und höchste

f.^nstCf_ät fordert werden, kann bei Schaltungen Lineantat f°^ _ti'_{sche Spannun}g_Sabfall an

_{Ra in den} Zuleitungen zu den hocharbeiten, stören.

^^^,, _{läßt sich} vermeiden durch uies ν b^ _summierender Ausführung (d. h. Schalter mit mehreren benachbarten Schleifern), der direkt an die Dynoden D₂ ... D₅ angeschlossen

/l'b

wird und der die hochliegenden Dynoden (z. B. D₄ und D₆) unter Umgehung der Arbeitswiderstände (z. B. R_ai und Λ_η5) gleichzeitig mit dem Potential + U_c verbindet. Bei dieser Ausführung entfallen auch die Dioden Da₃ ... D₆₅.

Ein Nachteil der zuletzt beschriebenen Anordnung ist jedoch, ebenso wie im Falle des komplementär summierenden Schallers S₀ in Fi g. 7, die Erhöhung der Streukapazitäten. Es ist möglich, für diesen Zweck kapazitätsarme Spezialschalter zu verwenden. Eine andere Lösung besteht darin, die Schallung F i g. 8 weiterzuentwickeln und den Schalter S₃ derart anzuschließen, daß die hochliegenden Dynoden nicht über die Arbeitswiderstände Λ_α, sondern über die zusätzlichen Arbeitswiderstände /?„', die wesentlich niederohmiger sein können, auf positives Potential gelegt werden. Die Schalterkapazität, die dann parallel zu den Kondensatoren C₆ liegt, ist unkritisch. Wird ein summierender Schalter S₃ verwendet, dann werden auch die Dioden Db entbehrlich. Eine in der Funktion sehr ähnliche Schaltung, jedoch unter Verwendung handelsüblicher, nicht summierender Schalter, ist in F i g. 10 dargestellt. Die Umschaltung erfaßt drei bis sechs aktive Dynoden; sie kann bei Bedarf nach unten und oben erweitert werden. Die Kondensatoren C₆₁ ..., C₆₆ = C₆ liegen miteinander in Reihe. Sie verbinden die ersten, nicht umschaltbaren Dynoden direkt untereinander und anschließend die zusätzlichen Arbeitswiderstände R₁₁₃, ... R'_a& = Λ_ο' auf der den Dynoden abgewandten Seite. Diese Kette von Kondensatoren wird gemeinsam mit dem zusätzlichen Arbeitswiderstand der jeweils letzten aktiven Dynode (z. B. Λ_α4' an D₄) über den Schalter S₀ geerdet. Der zusätzliche Arbeitswiderstand der nächsthöheren Dynode (z. B. Ras an D₅) wird über den Schalter S₃ und den niederohmigen Siebwiderstand R_e' mit der Spannung + Uc verbunden. Die Dioden D_6ä und D₆₆, die zwischen den Anschlüssen des Schalters S₃ parallel zu den Kondensatoren C₆₅ und Cs₆ liegen, werden in den Schalterstellungen 3 und 4 aktive Dynoden von dem Strom durch den Widerstand R_r durchflossen und sorgen dafür, daß auch die höheren Dynoden mit niedriger Impedanz an die Spannung + U_r gelegt werden. Zur Verbesserung der Kompensation bei 3 aktiven Dynoden liegt auch in der Zuleitung zur Dynode D₂ ein Widerstand Λ_Π2.

Eine Variante von F i g. 10 besteht darin, bei hinreichend leckstromarmen Dioden D₆ auf den Schalter S₀ zu verzichten. In diesem Falle werden die den umschaltbaren Dynoden zugeordneten Kondensatoren C₆ nicht als Kette, sondern wie in F i g. 8 direkt gegen Erde liegend angeordnet. Auch von der Dynode D, soll ein Kondensator C₆ gegen Erde liegen. Es wird ein Kondensator C₆ mehr als in Fig. 10 benötigt. Die Sperrschichtkapazität der Dioden D_b ist auch bei dieser Ausführung unkritisch.

Bei Schaltungen mit verkürzter Anstiegszeit im nsec-Bereich nach F i g. 7 bis 10 kann die Auswahl des Operationsverstärkers OP Schwierigkeiten bereiten. Je kürzer die Signalanstiegszeit τ« werden soll und je kleiner das Verhältnis RaIRa gewählt wird, um so größere Forderungen werden an das Produkt von Verstärkung und Bandbreite des Operationsverstärkers gestellt.

Diese Schwierigkeiten lassen sich verringern, wenn man statt des einen Operationsverstärkers OP zwei Verstärker benutzt, von denen der erste bei niedriger Verstärkung und hoher Bandbreite zur Signalauskopplung dient, während der zweite Verstärker im Gegenkopplungszweig des Dynodenspannungsteilers liegt und bei geringerer Bandbreite eine höhere Verstärkung ermöglicht.

Eine derartige, zu den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 7 bis 10 passende Schaltung ist in F i g. 11 dargestellt. D_n ist die jeweils gewählte, letzte aktive Dynode des Vervielfachers PM, und es ist R_an — R_n, Ran = Ra, C_6n = Cb- Es sei das Verhältnis RaIRa

ίο = 1/10 ... 1/3. Der Eingang des Operationsverstärkers OP₁ liegt am Schleifer des Schalters S₁, der Ausgang des Operationsverstärkers OP₂ am Schleifer des Schalters S₂. Im direkten Gegenkopplungszvveig des schnellen Operationsverstärkers OP₁ liegen ein Widerstand R₁ und ein Kondensator C₁ in Reihe. Der Kondensator C, wird so groß bemessen, daß die Zeitkonstante T₁ = Rj- C₁ groß wird gegen die AnstiegszeitT/j. Im Fall der F i g. 7 übernimmt der Widerstand R₁ die Rolle des zusätzlichen Arbeitswider-Standes /?„', und die gestriclielt eingezeichneten Elemente /?,_m und C_6n an der letzten aktiven Dynode D_n entfallen. Im Fall der F i g. 8 und 9 (mit R₁,,, und Q,» in Serie) macht man zweckmäßig R_a' < R₁ < Λα/3. Bei Anwendung auf F i g. 10, wo der Widerstand R_a„ der letzten aktiven Dynode ohne den Kondensator C_6n an Erde liegt, gill für R₁ die gleiche Dimensionierungsvorschrift. Die Ausgangssp-nnung £/„ des Operationsverstärkers OP₁ wird über ein /?C-Glied R₂', C₂ dem nicht invertierenden Eingang des Operationsver-

stärkers OP₂ zugeführt, der über Widerstände R₂ und Λ₃ und einen Kondensator C₂ gegengekoppelt ist. Hierbei soll sein: R₂' = R₂ ■ R₃I(R₂ + R₃) und DJ = C₂. Unter Vernachlässigung des Frequenzganges der beiden Operationsverstärker im nicht gegengekoppelten

Zustand besteht dann zwischen dem Signalstrom / an der letzten aktiven Dynode und der Ausgangsspannung Us die Beziehung

j U_t U₁ 1

*n — -·

R₁ R₁ 1 + J(OT₁

mit ω = 2 τι j = Kreisfrequenz und T₂ = R₂ ■ C₂. Setzt man

(Λ₂ + R₃)IR₃ = R₀IR₁

(12)

und T₁ = T₂, dann wird U₁ = I_n · R₁ unabhängig von ω. Bei Berücksichtigung der endlichen Signallaufzeit T₀₂ im Verstärker OP₂ modifiziert sich diese Bedingung zu T₁ = T₂ + T₀, mit τ» > T₀₂. Am Ausgang des Verstärkers OP₂ ist die Spannung U_s ■ (R?. +R₃)IR₃

= In· Ra, gefiltert mit der Zeitkonstanten t„ verfügbar. Die Kondensatoren C₆ sollen jetzt so groß bemessen sein, daß die Zeitkonstante T₆ = R_a' · Cb das Mehrfache der Zeitkonstante T₁ beträgt. Als typische Daten für die Kombination der Schaltung Fig. 11

mit einer der Schaltungen F i g. 7 bis 10 sein genannt: Verstärkung mal Bandbreite OP₁ > 30 MHz, Verstärkung mal Bandbreite OP₂ > 7 MHz. Λ_α = 20 kOhm, R_a' = 2 kOhm, R₁ = 3 kOhm. td = 15 nsec, T₁ == 2 μβεΰ, T_b = 10 μβεα Die Drift

und das niederfrequente Rauschen sind im wesentlichen durch den Verstärker OP₂ bestimmt, das hochfrequente Rauschen durch den Verstärker OP₁. Die untere Grenze des Verhältnisses Ti₁It₁ ist durch die

e a η π d E R k te C

ra F E E d E

d E fi

t-Λ SV

geas
W

T-Tl.

ift
ith-'ie
lie

maximal auftretende Impulsbelastung bei maximal zulässiger Linearitätsabweichung bestimmt.

Man gewinnt durch die beschriebene Aufteilung von Verstärkung und Frequenzgang auch den Vorteil, daß der Verstärker OP₁ an einem niederohmigen Signalausgang keine extrem hohe Leistung aufbringen muß, während der Verstärker OP₂ die Kompensationsbedingungen gemäß Gleichung (6) erfüllt, ohne unnötig große hochfrequente Wechselspannungsamplituden verarbeiten zu müssen.

Während Schaltungen nach F i g. 7 bis 10 vorwiegend mit einem Widerstandsverhältnis RdIRa — 1/10 ... < 1 auszuführen sind, ist die Schaltung nach F i g. 12 für kürzeste Anstiegszeiten td bis zu wenigen nsec und extreme Widerstandsverhältnisse RaIRa < 1/10 vorgesehen, z. B. R_a' =■-- 300 0 hm, R_a — 10 kOhm. Wie in F i g. 10 ist eine Umschaltung mit drei bis sechs aktiven Dynoden dargestellt, die bei Bedarf modifiziert werden kann. Außerdem werden ähnlich Fig. 11 getrennte Verstärker zur Auskopplung der Signalspannung und zur Gegenkopplung im Dynodenspannungsteiler verwendet. Der Hauptunterschied zu F i g. 10 besteht darin, daß die mit den Dynodenspannungsteilerwiderständen Ri verbundenen Arbeitswiderstände Ra nicht direkt an die umschaltbaren Dynoden angeschlossen sind, sondern erst hinter den zusätzlichen Arbeitswiderständen R_a' an den Anschlüssen des Schalters S₀. Weil hierbei der Arbeitswiderstand der letzten aktiven Dynode (z. B. R_a3) gegen Erde kurzgeschlossen wird, muß zur Erfüllung der Kompensationsbedingung gemäß Gleichung (6) zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers OP ein weiterer Arbeitswiderstand R_ao = Ra eingefügt werden. Als schneller Verstärker zur Signalauskopplung dient ein Differenzverstärker DA, der nicht notwendigerweise ein Operationsverstärker sein muß. Der eine Eingang des Verstärkers DA liegt über den Schalter S₁ direkt an der letzten aktiven Dynode. Der andere Eingang liegt über den Spannungsteiler R₂, R₃ am Ausgang des langsameren Operationsverstärkers OP, wobei das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers gleich der reziproken Schleifenverstärkung des Operationsverstärkers zu wählen ist, d. h. in F i g. 12: < t < T₂ am Wider

RJ(R₂ + R₃) = 1/(1 + Ra/Ra' +

(13)

Die Einschwingzeit τ₂ des Operationsverstärkers OP wird festgelegt durch das ÄC-Glied R₂, C₂:

T₂ = R_z'C₂(l + RaIRa +

(14)

Wegen der hohen Schleifenverstärkung sind für den Verstärker OP vorzugsweise extern kompensierte Operationsverstärker zu verwenden, z. B. der Schaltkreis Fairchild 715. Um die Gegenkopplung über den Dynodenspannungsteiler in der Stellung 3 aktive Dynoden zu verbessern, liegt wie in Fig. 10 auch in der Zuleitung zur höchsten nicht umschaltbaren Dynode D₂ ein Widerstand R_ai. Der Widerstand R_a2 zwischen der Dynode D₂ und dem zugehörigen Kondensator Cb dient in an sich bekannter Weise dazu, Einschwingvorgänge zu dämpfen. Eine solche Dämpfungsfunktion kommt auch allen anderen Widerständen Ra zu, die nicht an der letzten aktiven Dynode liegen.

Die Zeitkonstante r_b = R_a' O, in F i g. 12 hängt ab von der maximalen Impulsbelastung und soll mindest gleich T₂ gewählt werden. Bei stärkerer Belastung durch Einzelimpulse muß ferner darauf geachtet werden, daß während des Einschwingvorganges des Verstärkers OP im Zeitbereich
stand Ra der letzten aktiven Dynode (z. B. R_ai) kein zu großer Spannungsabfall auftritt. Ein solcher Spannungsabfall könnte bei typischen Hochstromvervielfachern auftreten. Er läßt sich vermeiden, wenn zur Signalauskopplung an Stelle des Differenzverstärkers DA ein sehr schneller Stromspannungswandler verwendet wird. Hierzu sind in F i g. 12 die beiden Verstärker OP und DA zusammen mit den Schaltelementen R_aa, R₂, R₃, R₂ und C₂ durch eine Schaltung gemäß Fig. 11 mit zwei Operationsverstärkern OP₁ und OP_% zu ersetzen, bei der der Kondensator C₁ entfällt und der Widerstand Zf₁ direkt zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers OP₁ liegt. Im Ersatzschaltbild entfällt außerdem der gestrichelte Kondensator Cbn, d. h. R„„ liegt an Erde. Zweckmäßig ist Rd < R₁ < 3 R₀'. Für die Dim;nsionierung der Widerstände R₂ und K₃ gilt Gleichung (12). Wie bereits erwähnt, kann es vorteilhaft sein, zwecks optimaler Anpassung an die Aufgabenstellung die zusätzlichen Arbeitswiderstände Rd mit Hilfe eines Adapters austauschbar zu machen. Schaltungen nach F i g. 12 sind hierfür besonders geeignet, wenn der Schalter S₁ ebenfalls Bestandteil eines solchen Adapters wird. Die Streukapazitäten liegen dann kaum höher als bei festem Einbau der Widerstände Rd.

Eine besonders vielseitige Ausführungsform der Erfindung besteht schließlich darin, ah Grundausführung eine Variante der Schaltung gemäß F i g. 2 vorzusehen, bei der die hochliegen ien Dynoden über einen kapazitätsarmen summierenden Schalter S₃ unter Umgehung der Arbeitswiderstände R_a direkt a ι die positive Spannung -)- U_c gelegt werden und bei der die Dioden D_b entfallen. Zur Verkürzung der Ansiiegszeit Tß können dann zwei Typen von Adaptern eingesetzt werden: Der Adapter ersten Typs entspricht F i g. 9 und wird im Bereich RdIRa > 1/10 verwendet. Beim Einsetzen des Adapters zweiten Typs mit RdIRa < 1/10 wird zunächst der Schalter S₁ der Grundausführung an seinem Schleifer geerdet, wodurch er die Funktion des Schalters S₀ aus F i g. 12 übernimmt; der Adapter selbst enthält aus Fig. 12 einen neuen Schalter S₁, der mit den übrigen Schaltern mechanisch gekoppelt wird, die Widerstände Rd und dazu die Kondensatoren Cb in Kettenschaltung. Die Anzahl der umschaltbaren Dynodenstufen kann hier wie in den anderen Schaltungen nach oben und unten erweitert werden. Die Verstärkeranordnung wird über Steckkontakte austauschbar gemacht oder an den Adapter angebaut.

Schutzmaßnahmen bei Umschalten der Dynodenzahl

Bei den Schaltungen gemäß F i g. 1 bis 3 sind der in F i g. 2 gezeigte Schutzwiderstand R₃(Z-B. l,5kOhm) und die Schutzdioden D₅ am Eingang des Operationsverstärkers OP in Verbindung mit öffnenden Schaltern S₁ ... S₄ ausreichend um Beschädigungen der Schaltung zu vermeiden, wenn beim Umschalten der Dynodenzahl die Versorgungsspannungen — U_B und + U_c eingeschaltet bleiben. Die Schutzschaltung aus den Elementen R_s und D₈ soH auch bei den Schaltungen mit verkürzter Anstiegszeit (F i g. 7 bis 12) am Eingang des oder der Verstärker (OP, OP₁, DA) vorgesehen werden. Die Speicherung elektrischer Ladung in den Kondensatoren Cb könnte aber beim Umschalten leichter zu Beschädigungen führen, insbesondere dann, wenn der Widerstand R_s im Interesse einer kurzen Anstiegszeit gewählt werden muß, als für

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25 26

eine optimale Schutzfunktion erwünscht wäre. Es mit den Widerständen *„/ /?„.')· Bei^em Wider- _h

sind also zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich. standsverhaltms von z. B. Ä_B/Ä. = 3^Jj« J

Die im folgenden unter den Punkten 1 bis 5 be- Umladungsstrome auf das Dre.fache des Querstromes _S

sprochenen Maßnahmen können bei den Ausführung- im Dynodenspannungsteiler begrenzt Be. der prak- _Sl

formen gemäß F i g. 8 bis 12 einzeln und im Interesse 5 tischen Ausfuhrung kann man bei den Schaltern S₀ A₁, g

möglLhft hoher Betriebssicherheit auch miteinander S₂ und S. auf besondere Hilf «kontakte verzichten, _s

kombiniert angewandt werden. Bei F i g. 7 wird man wenn man diese Schalter mit verschieden breiten Kon- _s

SS^{f di t 5 bhnebene} T^^"£Z^ MÄ !

1) fm eSadisten Falle sind außer dem Schutz des 10 schalten erhalten werden. Beim Schalter S₃ werden t Verstteingangs folgende Maßnahmen anzuwen- je zwei Hilfskontakte zwischen den Hauptkette, d den die Schalter S₀ und S₁ sollen in F i g. 8,10 und 12 benötigt, die in der angegebenen Weise mit den An- I vom öffnenden _Ty°, _sein, in F i g. 10 und 12 auch der schlußpunkten des Dynodenspannungste.lers verbun- d Schalter S₃. Die Schalter S₂ und S₄ sind vom nicht- den werden. fc öffnenden Typ. Der Ausgang des Operationsverstär- ,₅ 3) Unerwünschte Stromspitzen beim Umschalten

kers wird mit leistungsfähigen Schutzdioden verbun- lassen sich völlig vermeiden, wenn man zusatzlicn zu den die gigen die Versorgungsspannungen des Ver- den Maßnahmen nach 1) oder 2) in die Zuleitung der stärkers gelegt werden. Als Schutzwiderstände in den positiven Versorgungsspannung + U₀ einen stromoe-Zuleitungen zu den Versorgungsspannungen - U_B grenzenden Zweipol oder Dreipol legt, der im Betriebs- _Zl und +Uc sind jetzt die Siebwiderstände Ra und R₀' 20 Strombereich einen niedrigen dynamischen Innenwider- _n; wirksam wenn diese nicht, wie in F i g. 2, jeweils durch stand besitzt. Geeignete Schaltungen unter Verwen- _b. einen eigenen Kondensator gegen Erde abgeblockt dung von Hochvolttransistoren T_c, die nur gering be- _e, ^j_nd ⁶ lastet werden, sind in Fig. 13 gezeigt. In Fig. Ua d,

2) Einen besseren Schutz gegen Stromspitzen beim ist ein Dreipol dargestellt, der an eine erhöhte Ver- ρ

Umschalten erhält man, wenn man zwischen den a₅ sorgungsspannung Uc₀ = U_c · (Rc_t + «β)/«« j^ «

Hauptkontakten der Schalter S₀ bis S₁ Hilfskontakte schlossen wird. Im Betriebsstrombereich ist der Quell· _s.

anordnen kann, über die die Kondensatoren C₆ beim widerstand am Anschlußpunkt +Ue ^im/^e_^sentJÄ *

Umschalten hochohmig umgeladen werden. Geeignet durch den Emittervorwiderstand R_n (z. E. iW "J d

sind ζ B Schalter, bei denen die Kontaktpositionen gegeben. Bei Überschreitung des Betnebsstromes s

auf einem 24er Teilkreis und die Rastpositionen auf 30 werden die beiden m Reihe liegenden Dioden U_n ü

enem 8er oder 6er Teilkreis angeordnet sind. Es ent- leitend, die Basis-Emitter-Spannung des Transistors l _c h

fallen dann auf jeden Hauptkontakt zwei bzw. drei wird stabilisiert, und die Schaltung arbeitet als Kon- s;

Hilfskontaktpositionen, die beim Weiterschalten kurz- stantstromquelle. α

zeitig berührt werden. Ein zu F i g. 12 passendes Fig. 13b zeigt als Alternative eine Zweipolscha-

Schalterdiagramm mit je 3 Hilfskontaktpositionen ist 35 tung, bei der der Transistor T₀ in eine Bruckenscnai- _h

in F i e 12a dargestellt. Die Reihenfolge der Schalter- tung aus strombegrenzenden Widerstanden R_n (Z- 0. st

anschlüsse von links nach rechts bzw. von unten nach 100 Ohm) und R_C2 (z. B. 30 kOhm) und spannungs- te

oben entspricht Fig. 12; außerdem snvi bei dem begrenzenden Dioden 2-D_n und Z₀ (z. d. ö\o.i ρ

Schalter S₃ die Elemente C₆₄ ... C„„ R_H ■ ■ ■ Rb₁, Zenerspannung) eingefügt ist. Eine Rückstromsperr- π

R ' R Ra* und ein weiterer Widerstand Ra₁ 40 diode Dc₂ kann erforderlich werden, wenn die /.eil- rr

(z^Cß gleich Äa) mit eingezeichnet, und bei dem Schal- konstante R_b-C_b des Dynodenspannungsteilers die η

ter S₁ die Widerstände R_ai ... Rd₃ und Ra'. Die Größenordnung von einigen Millisekunden über- n

Hauptkontakte deir Schalter S₀ . . . S_t sind jeweils als schreitet. Die Strom-Spannungs-Charaktenstik dieser π

Kreise und die Hilfskontakte als flache Striche dar- Schaltung ist in Fig. 13c dargestellt. Im Betneos- ^e

gestellt Die Schleifer dieser Schalter sind derart aus- 45 Strombereich J_n < J_c < Jc₂ ist der Transistor durcn-

gebildet daß die Schalter beim Weiterschalten zwischen geschaltet. Der Innenwiderstand ergibt sich aus dem L

unmittelbar benachbarten Kontakten nicht öffnen. Emittervorwiderstand R_n in Serie mit dem Leistungs- g

Wie Fig 12 a zeigt, bleiben die Hilfskontakte des innenwiderstand des Transistors und dem dynamischen s

Schalters S₁ frei Der Schalter S₁ erhält dadurch die Widerstard von ZenerdiodeZ_c und Diode D_cl; der

Charakteristik eines öffnenden Schalters, der aus- 50 Spannungsabfall Δ U_c= U_n - U_c ist nahezu kon-

schließlich in den Rastpositionen Kontakt gibt. Bei stant gleich U_z. Beim Über- oder Unterschreiten aes

den Schaltern S₀ und S₂ bleiben nur die mittleren Betriebsstrombereiches wird der Innen widerstand im Hilfskontakte frei, und die seitlichen Hilfskontakte wesentlichen durch den Widerstand R_C2 bestimmt. Ein werden paarweise an die jeweils benachbarten Haupt- Widerstandsverhältnis größer als 50:1 ist leicht erkontakte angeschlossen. Diese beiden Schalter öffnen 55 reichbar.

beim Weiterschalten ebenfalls, geben aber länger 4) Bei hohem Querstrom im Dynodenspannungs-

Kontakt als der Schalter S₁. Der Schalter S₄, bei dem teiler kann ein Zweipol ähnlich F i g. 13 b) auch in der auch die mittleren Hilfskontakte angeschlossen sind, Zuleitung zur negativen Spannungsquelle -Ub gelegt arbeitet als nichtöffnender Schalter. Die Hilfskontakte werden. Nach F i g. 14 kann man zwei oder mehr des Schalters S₃ werden paarweise mit den Anschluß- 6o Hochvolttransistoren T_B in Reihe schalten. Die Scnaltpunkten des Dynodenspannungsteilers verbunden, elemente entsprechen im übrigen, mit dem Index B derart daß zwischen jedem Hauptkontakt und den an Stelle c, den Schaltelementen der F i g. 13b. benachbarten Hilfskontakten einer der Widerstände 5) Eine andersartige Schutzmaßnahme besteht da-

R_a R_ai zu liegen kommt, wobei der Schalter S₃ rin, die Versorgungsspannungen — U_B und +U₀ über nicht öffnet. Die Umladung der Kondensatoren 65 einen Hilfsschalter abschaltbar zu machen, der bei Ch Ci beim Weiterschalten erfolgt jetzt über die eingeschalteten Vcrsorgungsspannungen die Schalter S₀ Widerstände R_at Ra₁ (bei entsprechender Anwen- bis S₄ mechanisch verriegelt. Eine besonders sinnfällige, dune auf F i g. 10 über diese Widerstände in Reihe in anderem Zusammenhang an sich bekannte Verriege-

27

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lung ist in F i g. 15 dargestellt. Der gemeinsame Bedienungsknopf P der Schalter S₀ bis S₄ erhält eine Skalenscheibe Q, in deren Aussparungen der Kippschalter Sn eingreift. Der Knopf P kann nur weitergedreht werden, wenn sich der Kippschalter in »Aus«- Stellung befindet. Um ein direktes Schalten der Hochspannung zu vermeiden, sollte das Versorgungsnetzgerät über eine Fernsteuerleitung abschaltbar sein. Es genügt auch, daß das Netzgerät eine elektronische Überlastsicherung mit Rückstell-Schalter besitzt, die die Spannungen — Ub und + U₀ gemeinsam abschaltet. Die Überlastsicherung kann dann mit dem Schalter Sn durch Aufschalten eines Lastwiderstandes auf die Spannungsquelle + U₀ ausgelöst werden.

Mechanischer Aufbau

Um die Streukapazitäten und damit die Anstiegszeit το der Schaltungsanordnungen nach der Erfindung niedrig zu halten, soll die aus den Schaltern S₀, S₁ . . . S_t bestehende Umschaltvorrichtung zusammen mit den elektronischen Bauelementen in unmittelbarer Nähe der Fassung des Vervielfachers angeordnet werden. Dies wird erleichtert durch die geringe Wärmebelastung des Dynodenspannungsteilers. Die Widerstände R_a, R_a\ Rb, R<t, die Dioden D_b und die Kondensatoren Co werden vorzugsweise in Zickzackverdrahtung an den Schalteranschlüssen und zusätzlichen Stützebenen der Umschaltvorrichtung angelötet. Hierdurch ergeben sich optimal kurze Leitungen und beste Isolationsbedingungen. Operationsverstärker und zusätzliche Schaltelemente finden auf einer kleinen gedruckten Platte neben der Umschaltvorrichtung Platz.

Soweit solche Schaltungen nicht in größere Baueinheiten integriert werden, können sie vorteilhaft als selbständige Einheiten aufgebaut werden. Dies erleichtert den vielseitigen Einsatz bei Meßgeräten der Serienproduktion, die nach dem Baukastensystem zusammengestellt werden, ebenso wie den Einsatz bei labormäßigen Versuch sauf bauten. Eine bevorzugte mechanische Ausführung benutzt ähnlich wie bei herkömmlichen Photovervielfachern ein zylindrisches Gehäuse mit frontalem oder seitlichem Fenster für den Lichteintritt.

Ein Gehäuse für Photovervielfacher mit seitlichem Lichteintritt, und die zugehörige Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2, 7 oder folgenden ist in F i g. 16 dargestellt. Auf der Rückseite E des Gehäuses sind Bedienungs- und Kontrollelemente P, Sn und L Steckan Schlüsse M und N für die Stromversorgung(M) bzw die Signalabnahme (N)■ angeordnet. Eine Fassung F für den Vervielfacher PM und ein oder zwei gedruckte Schaltungsplatten G sind auf Haltestangen in kurzem Abstand von der Umschaltvorrichtung S₀, S₁ ... S.., montiert. Ein zylindrisches Metallgehäuse Z mit einer Lichteintrittsöffnung O wird mittels einer spannbandartigen Klemmvorrichtung K in einem Halter H aufgenommen, der einen Lichtschutitubus T trägt. Ein Haltestift ST kann wahlweise in die Klemmvorrichtung K oder in einen Zylinderdeckel D eingeschraubt werden und erlaubt den liegenden bzw. stehenden Aufbau des Gehäuses auf einer optischen Bank. Nach Lösen der Spannvorrichtung kann das Gehäuse längs und seitlich verschoben und die Photokathode optimal auf dem Lichtstrahl justiert werden. Der Halter ist hohl gedreht (hinterstochen), mit schwarzem Filz ausgelegt und liegt nur am Rande auf dem Gehäuse Z auf.

ao Hierdurch wird eine gute Abdichtung und ein guter elektrischer Kontakt gewährleistet, und der Lichtschutztubus T übernimmt zugleich die Funktion, als Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz die Lichteintrittsöffnung O gegen äußere elektrische Störfelder

as abzuschirmen. Nicht eingezeichnet ist eine weitere, insbesondere magnetisch wirksame Abschirmung, die in üblicher Weise über den Glaskolben des Vervielfachers PM geschoben wird; diese wird gleichspannungsmäßig über einen sehr hochohmigen Widerstand auf Kathodenpotential und wechselspannungsmäßig über einen Kondensator an Erde gelegt.

Ähnliche Gehäuse, jedoch mit einfacherem Halter und Innenaufbau werden für Photovervielfacher mit frontalem Lichteinfall verwendet, z. B. in Schaltungsanordnungen gemäß F i g. 3. Solche »Photovervielfacherköpfe« sind nur geringfügig größer als herkömmliche Gehäuse für Photovervielfacher, herkömmlichen Schaltungen aber im Anwendungsbereich und Bedienungskomfort weit überlegen. Auch der Vorteil des eingebauten Operationsverstärkers, Meßsignale zu liefern, deren Anstiegszeit Td von der Kabelkapazität der Verbindungsleitungen weitgehend unabhängig ist, kommt erst durch die Dynodenumschaltung voll zum Tragen, weil größere Verstärkungsänderungen ohne Ändern des Arbeitswiderstandes möglich sind. Für eine Vielzahl von Anwendungen, für die bisher Spezialausführungen benötigt wurden, genügen sehr wenige Ausführungsformen.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

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Claims (33)

23 573 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Ändern des Verstärkungsgrades eines mehrere Dynoden und eine Anode enthaltenden Sekundärelektronenvervielfachers (Vervielfacher) durch Umschalten der Anzahl der wirksamen Dynoden, mit einem in Reihe geschaltete Impedanzen enthaltenden, an eine elektrische Energiequelle anschließbaren Dynodenspannungsteiler, dessen Abgriffe mit den Dynoden gekoppelt sind, und mit einer Umschaltvorrichtung für die Dynoden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder zu schaltenden Dynode (Z)₁, D₂, D_z, D₄ ...) und dem zügehörigen Spannungsteilerabgriff ein Arbeitswiderstand (R_a) angeordnet ist und daß die Umschaltvorrichtung (S₁, S₂, S₃ ...) es gestattet, die dynodenseitige bzw. spannungsteilerseitige Klemme jedes gewünschten Arbeitswiderstandes an den ao Eingang bzw. Ausgang einer mindestens einen Operationsverstärker enthaltenden Operationsverstärkerschaltung (OP; OP₁, OP₂ ...) anzuschließen und die auf die Dynode (z. B. D₁) mit dem an die Operationsverstärkerschaltung angeschlossenen Ar- as beitswiderstand folgende Dynode (z. B. D₂) mit einer bezüglich der Operationsverstärkerschaltung positiven Versorgungsspannung (+i/_c) zu verbinden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aufeinanderfolgende Dynoden (z. B. D₂, D₃, Z)₄) gemeinsam als effektive Anode an die bezüglich der Operationsverstärkerschaltung positive Versorgungsspannung (+^e) anschließbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Impedanzen des Dynodenspannungsteilers aus ohmschen Dynodenspannungsteilerwiderständen besteht und daß das Verhältnis (Rb/Ra) der Widerstandswerte des Dynodenspannungsteilerwiderstandes (Rb) und des ohmschen Arbeitswiderstandes (R_a) mehrerer aufeinanderfolgender Dynodcnstufen ungefähr gleich der Stufenverstärkung (v) des Sekundärelektronenvervielfachers oder etwas kleiner als diese ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (Rt,, Z₁) des Dynodenspannungsteilers und die Arbeitswiderstände (Ra) in Form eines Kettenleiters ange- ordnet sind, daß mindestens ein Teil der Impedanzen des Dynodenspannungsteilers aus ohmschen Dynodenspannungsteilerwiderständen besteht und daß das Verhältnis (Rb/Ra) der Widerstandswerte des Dynodenspannungsteilerwiderstands und des Arbeitswiderstandes für mehrere aufeinanderfolgende Dynodenstufen ungefähr gleich dem Quadrat der um Eins verminderten Stufenverstärkung (v) des Sekundärelektronenvervielfachers (PM), dividiert durch die Stufenverstärkung, ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angegebene Dimensionierung des Dynodenspannungsteilerwiderstandes (Rb) nur für die zweite und die folgenden höheren Dynodenstufen gilt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die angegebene Dimensionierung des Dynodenspannungsteilerwiderstände» (Rb) nur für die dritte und die folgenden höheren Dynodenstufen gilt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche für einen Vervielfacher mit Photokathode, dadurch gekennzeichnet, daß der Potentialunterschied zwischen der Photokathode (£) und der ersten Dynode (D₁) erheblich größer ist als der Potentialunterschied aufeinanderfolgender aktiver Dynoden (D₂, D₃ ...).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7 für einen Vervielfacher mit einer Photokathode erheblichen Innenwiderstands, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Dynodenspannungsteilers für die erste oder die ersten beiden Dynodenstufen (D₁; D₁, D₂) jeweils ganz oder teilweise aus einer Zenerdiode (z. B. Z₁) besteht und hinsichtlich einer Kompensation des inneren Widerstandes der Photokathode bemessen ist (F i g. 3 und 5).

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche für einen Vervielfacher mit Photokathode, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (S₄; Rb₁' und D* in F i g. 4 ,Z₁ in F i g. 5), durch die der Potentiaiunterschied zwischen der Photokathode (K) und erster Dynode (D₁) beim Betrieb mit der niedrigsten Zahl aktiver Dynoden erheblich vergrößert wird (F i g. 4 und 5).

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch umschaltbare Widerstände (Rd) in der Zuleitung der negativen Versorgungsspannung (— Ub) zum Dynodenspannungsteiler und eine zusätzliche Umschaltvorrichtung (S₄), die beim Umschalten der Zahl der aktiven Dynoden die Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden wenigstens annähernd konstant hält (F i g. 2).

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung die negative Versorgungsspannung (-Ub) derart ändert, daß beim Umschalten der Zahl der aktiven Dynoden die Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden wenigstens annähernd konstant bleibt.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinheit für die negative Versorgungsspannung (— Ub) als Stromkonstantquellc ausgebildet ist.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zur Kathode ein weiterer, mit der Umschaltvorrichtung verbundener Arbeitswiderstand (Raic) eingefügt ist (F i g. 2).

14. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, zwischen den Eingang des Operationsverstärkers (OP) und Schaltungsnull geschalteten ohmschen Arbeitswiderstand (Ra'), der gleich oder kleiner ist als die an den Dynodenspannungsteiler angeschlossenen ohmschen Arbeitswiderstände(/?„), und durch jeweils einen Kondensator (Cb) zwischen jeder umschaltbaren Dynode und einem nach Schaltungsnull führenden komplementär-summierenden Schalter (S₀), der den Kontakt desjenigen Kondensators (z. B. d,₃), der an der letzten aktiven Dynode (z. B. D₃) liegt, offenläßt und alle anderen Kontakte schließt (F i g. 7).

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, da

durch gekennzeichnet, daß dem zusätzlichen Arbeitswiderstand (Ra) zwischen dem Eingang des Operationsverstärkers (OP) und Schaltungsnull ein weiterer Kondensator gleicher Größenordnung (Cb) wie die mit dem komplementär-summierenden Schalter (S₀) verbundenen Kondensatoren in Reihe geschaltet ist.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 Vn 13, gekennzeichnet durch zusätzliche Arbeitswiderstände (A₀'), die gleich oder kleiner sind als die an den Dynodenspannungsteiler angeschlossenen Arbeitswiderstände (R_a) und die in Reihe mit Kondensatoren (Cb) zwischen den Dynoden und Schaltungsnull liegen (F i g. 8).

17. Schaltungsanordnung nach einem der Anspräche 1 bis 13, gekennzeichnet durch zusätzliche Arbeitswiderstände (R_a'), die gleich oder kleiner sind als die an den Dynodenspannungsteiler angeschlossenen Arbeitswiderstände (R_a) und deren eines Ende mit den Dynoden und deren anderes ao Ende mit einer Kette von in Reihe liegenden Kondensatoren (Cb) verbunden ist, und durch einen mit der Umschaltvorrichtung mechanisch gekoppelten Schalter (S₀) zum Verbinden des Verbindungspunktes zwischen dem zusätzlichen Arbeitswider- »5 stand der letzten aktiven Dynode und der Kette von Kondensatoren mitSchaltungsnuH(Fi g. 10undl2).

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Dynodenspannungsteiler verbundenen Arbeitswiderstände (R_a) und die zusätzlichen Arbeitswiderstände (Aa') gemeinsam an die Dynoden angeschlossen sind (F i g. 8 und 10).

19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Dynodenspannungsteiler verbundenen Arbeitswiderstände (Ra) und die zusätzlichen Arbeitswiderstände (R₀.') gemeinsam an die in Reihe liegenden Kondensatoren (Cb) angeschlossen sind und daß Eingang und Ausgang der Operationsverstärkerschaltung (OP) durch einen weiteren Arbeitswiderstand (Ra₀ — Ra) verbunden sind (F i g. 12).

20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die zusätzlichen Arbeitswiderstände (Ra) und die Kondensatoren (Ci,) in einem Adapter untergebracht sind, der in eine Steckfassung für den Sekundärelektronenvervielfacher (PM) cinsetzbar ist (F i g. 9).

21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter einen Schalter enthält, der bei in die Steckfassung eingesetztem Adapter mit der Umschaltvorrichtung mechanisch gekoppelt ist.

22. Schaltungsanordnung nach einem der An-Sprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante (τ^) des oder der zusätzlichen Arbeitswiderstände (Λ_α') mit den Kondensatoren (Cb) nur wenig größer ist als die Anstiegszeit des Signals am Ausgang der Operationsverstärkerschaltung (OP).

23. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dynodenspannungsteileranschluß der niedrigsten als Anode wirksamen Dynode an einer positiven Versorgungsspannung(+U₀) liegt, die ungefähr gleich oder größer ist als die Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden, daß die Dynodenspannungsteileranschlüsse durch Dioden (Db) verbunden sind, deren Anode jeweils zur nächst niedrigeren Dynode zeigt und daß der Dynodenspunnungsteileranschluß der höchsten umschaltbaren Dynode über einen Widerstand (R₁-) mit Nullpotential verbunden ist (F i g. 2, 3, 7 und 8).

24. Schaltungsanordnung nach p.inem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Arbeitswiderstand (A₀') der niedrigsten als Anode wirksamen Dynode an einer positiven Versorgungsspannung (+U_c) liegt, die ungefähr gleich oder größer ist als die Stufenspannung zwischen den aktiven Dynoden, daß die Kondensatoren (C₆) durch Dioden (D₆) überbrückt sind, deren Anode jeweils zur nächstniedrigeren Dynode zeigt, und daß der zusätzliche Arbeitswiderstand der höchsten umschaltbaren Dynode über einen Widerstand (R _c) mit Nullpotential verbunden ist (Fig. 10 und 12).

25. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung mehrerer Arbeitswiderstände (R,_u<Ä,₁₂<ft_1I13) in der Zuleitung zur letzten Dynode (F i g, 3).

26. Schaltungsanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Dynodenspannungsteilerwiderstand (/?&„) der letzten Dynodenstufe größer ist als der der vorangehenden Stufen und daß die Dynodenspannungsteilerwiderstände aller Stufen mit Ausnahme der letzten durch die Umschaltvorrichtung (S_t) an den Ausgang der Operationsverstärkerschaltung (OP) anschließbar sind (F i g. 3).

27. Schaltungsanordnung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswid^rstände in der Zuleitung zur letzten Dynode ganz oder teilweise durch Dioden (D_a, D_a') überbrückt sind, die mit den Dioden (Db) im Dynodenspannungsteiler in Reihe liegen und beim Herunterschalten der Zahl der aktiven Dynoden leitend werden (Fig. 3).

28. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsvcrstärkerschaltung getrennte Verstärker (OP₁, OP_x; OP, DA) zur Signalauskopplung bzw. zur Gegenkopplung im Dynodenspannungsteiler enthält, von denen, durch angeschlossene /JC-Glieder bestimmt, der erste Verstärker (OP₁, DA) bei niedriger Verstärkung eine große Bandbreite und der zweite Verstärker (OP₂, OP) bei größerer Verstärkung eine geringere Bandbreite aufweist (Fig. 11 und 12.)

29. Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsverstärkerschaltung eine Reihenschaltung zweier Operationsverstärker (OP₁, OP₂) enthält, daß der Ausgang des ersten Verstärkers (OP₁) mit dem Signalausgang und der Ausgang des nachgeschalteten ^weiten Verstärkers (Of₂) mit dem Dynodenspannungsteiler verbunden ist und daß der Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers mit Widerständen (R₂, R₃) auf einen Wert eingestellt wird, der dem Verhältnis von Arbeitswiderstand (R₁₁) zum Widerstand (R₁) im Gegenkopplungszweig des ersten Verstärkers entspricht (F i g. 11).

30. Schaltungsanordnung nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch einen Kondensator (C₁) in Reihe mit dem Widerstand (R₁) im Gegenkopp-

5 6

lungszweig des ersten Verstärkers (OP,), wobei die einer Steckfassung für den Vervielfacher angeordnet Zeitkonstante dieses /?C-Gliedes der Tiefpaßzeit- ist und daß Arbeitswiderstände, Dynodenspankonstanten des gegengekoppelten zweiten Ver- nungsteilerwiderstände und Dioden in Zickzackstärkers (OP₂) entspricht (F i g. 11). verdrahtung an den Schalteranschlussen der Um-

31 Schaltungsanordnung nach Anspruch 28, ge- 5 schaltvorrichtung befestigt sind,
kennzeichnet durch einen schnellen Differenzver- 41. Schaltungsanordnung nach einem der voranstärker (DA) zur Signalauskopplung, dessen einer gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dal3 Eingang an der letzten aktiven Dynode und dessen der Vervielfacher, die Umschaltvorrichtung und anderer Eingang über einen Spannungsteiler (K₂, die elektronischen Bauelemente als komplette R₃) am Ausgang eines langsameren Operationsver- io Baueinheit in einem vorzugsweise zylindrischen stärkers (OP) liegt, wobei das Teilungsverhältnis Gehäuse mit einem Vielfachsteckanschluß für die des Spannungsteilers gleich der reziproken Schlei- Stromversorgung zusammengefaßt sind,
fenverstärkung des Operationsverstärkers gewählt
ist (F i g. 12).

32. Schaltungsanordnung nach einem der voran- 15

gehenden Ansprüche für einen Vervielfacher mit

Photokathode, gekennzeichnet durch einen Strombegrenzungswiderstand (Rsk) in der Zuleitung der Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsan-Photokathode (K), dessen Spannungsabfall im Ordnung für Sekundärelektronenvervielfacher, insbe-Betriebsstrombereich über eine Diode (D₅*) und 20 sondere für lichtoptische Messungen, die die Messung Mittel zur Vorspannungserzeugung (z. B. R_bk) hoher Intensitäten bei hoher Linearität, kurzen Ankonstant gehalten wird (F i g. 6). Stiegszeiten und optimalem Signal-Rausch-Verhältnis

33. Schaltungsanordnung nach einem der voran- ermöglicht.

gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Das Signal-Rausch-Verhältnis am Ausgang eines

in der Zuleitung zum Eingang des Operationsver- 25 Sekundärelektronenvervielfachers, im folgenden kurz

stärkers ein Schutzwiderstand (R_s) und Schutz- als »Vervielfacher« bezeichnet, ist gegeben durch die

dioden (D₅) gegen Erde oder erdnahes Potential Gleichung