для выполнения дипломной работы необходимо фиксировать электролюминисценцию нанокристаллитов кремния в матрице его нестехиометрического оксида, с этой целью собрал схему:


высоковольтный преобразователь тоже самопальный с удвоителем напряжения на выходе (переделана схема преобразователя Вальдемара для зарядки конденсаторов)
однако в темновом режиме на осциллографе(непосредственно с выхода стокового повторителя) наблюдаю в пределах 5мв шум с ярко выраженым подобием сигнала(что-то периодичное есть ) далее с увеличением освещености(в затемняющем пакете дырку проколол) наблюдаю только увеличение этого сигнала а не счет фотонов - как счетчик Гейгера ведь должен выдывать

что надо сделать чтобы фэу работал в режиме счета фотонов - поделитесь опытом

Шуметь будет всегда, притом шум сильно зависит от экземпляра ФЭУ. Можно охлаждать фотокатод (где-то до минус 20-40 градусов) но это возня с холодильной камерой и запотевающим оптическим окном. Охлаждение до таких температур снижает число темновых импульсов от нескольких сотен тысяч до сотен в секунду.
Что сделать чтобы гарантированно работало в счете фотонов? Плюнуть на все и купить на e-bae хамамацу счетную. С нашими ФЭУ будете иметь продолжительный секас по отбору экземпляра с неясными результатами.

Насколько помню бытность свою молодым науч. работником по распределению в НИИ - секас с ФЭУ гарантирован.

с охлаждением и заморочкой понятно) -главное хоть максимальное что можно из него выжать)
интересует еще 2 момента:
1) насколько должен быть стабилен источник питания в режиме счета фотонов
2)нужно ли подстраивать его напряжение или подавать одно - 1кв и добиваться его стабильности (по паспорту 940в для определеной световой анодной чувствительности)

или лучше всего алгоритм настройки такой самоделки - буду благодарен)))

Я тоже так думал, пока мне не попался R2949 http://sales.hamamatsu.com/assets/pdf/parts_R/R2949.pdf
Ну и небольшой обзорчик http://sales.hamamatsu.com/assets/applications/ETD/PMT_photoncounting.pdf

Регулировка высокого нужна, желательно с шагом 5-10 В или менее. Дискриминатор с управляемым порогом надеюсь есть? Тогда снимает темновые и сигнальные счетные характеристики- распределение амплитуды имульсов в виде гистограммы в темноте и при слабой подсветке при различных напряжениях питания. Сначала чувствительность установки (соотношение сигнал- шум) будут расти, потом падать. Это будет оптимальная точка по питанию. Гистограммы нужны, потому что с изменением напряжения питания будет сдвигатьсь оптимальный уровень дискриминатора. Если есть цифровой осциллограф с функцией статистики сигнала- используйте его. Или хотя бы многоканальный анализатор амплитуды однофотонного импульса. Иначе это будет большой геморрой- сканирование порога дискриминатора и набор статистик.
Световой сигнал можно снимать, подсвечивая ФЭУ светодиодом с очень маленьким током (сотни микроампер)- на счетной характеристике появится явный пик от сигнала. Вот на рисунке (для хорошего ФЭУ) внизу темновая дифференциальная характеристика, а с горбом- световая. Ну и место их пересечения- оптимальный уровень дискриминатора.

Спс за хороший совет)- сегодня днем проверю)

П.С. Амплитудный дискриминатор есть - выполнен на компараторе к554са3 (7кгц частота срабатывания только, выше фронты искажаются паразитной RC)

Медленно что то для счета фотонов. Я непомню, какова длительность однофотонного импульса для ЭФУ85, но у ФЭУ-106 она была около 12 нс- ТТЛ напрямую неуспевала считать. Компаратор был сделан на 597СА1 и за ним на ЭСЛ триггере стоял расширитель импульса до 20 нс чтобы ТТЛ счетчик успевал. У современных Хамамацу импульс длиной 3-4 нс, поэтому компаратор должен быть очень быстрым.
Дискриминатор для снятия дифференциальной счетной характеристики должен быть двухпороговым- два компаратора с немного разными порогами и схема совпадения. Желательно ЦАП для плавной перестройки порога. Самое обидное, что все это нужно только для паспортизации ФЭУ и выбора рабочей точки- потом можно работать с однопороговым дискриминатором.

Фэу - 85 пришлось забраковать. установку переделаю под фэу-68, но у меня вопрос - по каким параметрам расчитать нагрузочное сопротивление?- исходя из максимального по паспорту среднего анодного тока?

никто не подскажет- почему на выходе нагрузки (выполнено на преобразователе ток-напрежение отныне) в темноте наблюдается такая вот осциллограмма: см нижнее вложение. С увеличением напряжения наблюдается лишь рост амплитуды тех участков, а не числа теоретически должных импульсов для счетной характеристики.
Далее - пробовал давать малую подсветку - путем прокола очень небольшого отверстия в затемняющем материале - вот что получилось:см верхнее вложение - как по осциллографу определить изменениечисла импульсов от уровня подсветки если меняется только амплитуда такой картины?

однако частотомер - счетчик ч3-34 при изменении уровня подсветки хорошо реагирует - подогнав дискриминатором можно свести число темновых импульсов к почти 0.
но почему на осциллографе одно а на частотомере другое? - использовал 2 осциллографа - один и тот же результат
п.с. использован фэу-68 - он малочувствительный (0.1-1А/лм) может в этом дело?

на С1-107 смотреть однофотонные импульсы бесполезно- нужен С1-104 или С1-75 или современный цифровик с полосой 300 МГц минимум. И предусилитель прямо около ФЭУ. Сейчас неплохо использовать кабельные усилки от спутникового телевидения- трубочки с двумя F-раземами с усилением 20-30 дб. Только они импульс переворачивают (полярность).
А то что видно на экране- это срабатывание компаратора и его мертвое время. Кстати, схема в первом посте- от сцинтиллятора, где время импульса намного длиннее, чем в счете фотонов - длительность импульса определяется высвечиванием сцинтиллятора, а не актом пролета по динодной системе лавины от одиночного фотоэлектрона.

Так- схему в первом посте забраковал, для лучшей эффективности на вход фэу - теперь это фэу-100 (10-100А/лм,11 динодов), подключил преобразователь тока в напряжение на к544уд2 - в режиме максимального быстродействия(выключена частотная коррекция), далее, следуя предложеному варианту схемы для телескопического гида - на такомже ОУ сделал предусилитель с выбором рабочей точки, т.е. эквивалент амплитудному дискриминатору. Вот собствено сама схема(лишнее замаливал в paint):.

вопрос: удачен ли такой вариант обойти использование компаратора?
просто основные задачи в настройке фэу из того что я понял следующие:
а)получить осциллограму импульсов темновых токов - и наблюдать релаксацию с течением времени(спс за совет на счет осциллографа )
б)выбрать рабочую точку фэу - снять счетную характеристику зависимости числа темновых импульсов тока после релпксации от приложеного напряжения и выйти на "плато" где и зафиксировать оптимальное напряжение питания
в)следуя предложеному выше совету - протестировать на светодиоде при питании микроамперными токами - индикация - увеличение числа больших по амплитуде нежели темновых импульсов от проходящего тока через светодиод.

Поправте если что не так

п.с. пытался проверить 1 и последний пункты на 2-х экземплярах фэу-68(по новой схеме) - на том же осциллографе(о его бесполезности тогда не знал)) - показывает почти аналогичную абракадабру.

Кстати на счет антенного усилителя - LA-21 подошел бы?, просто некоторые есть с трансформаторным входом, они же не подойдут.
И если LA-21 c емкостной развязкой на входе - то стоит ли ставить согласователь типа преобразователь тока в напряжение или стоковый повторитель на полевике(как на схеме в первом посте)? Можно ли сразу сей усилок к нагрузочному сопротивлению фэу подключать?

LA-21 вроде телевизионный? Незнаю, надо смотреть на длительность однофотонного импульса у конкретного ФЭУ. Мы использовали что то типа как на рисунке- от спутникового. Основное требование- возможность легко открыть и аккуратно закрыть коробочку- надо удалить цепь питания со стороны антенны (постоянка на катоде ФЭУ ведь ненужна совершенно). Можно вообще питание от кабеля отвязать через проходной конденсатор. Хотя иногда удобнее питать по кабелю, но тогда со стороны регистрирующей аппаратуры нужен bias-tee (развязка сигнала и питания усилка).
Ну иногда входной разем меняли на CР-50. Но это если руки прямые в смысле механики СВЧ.
Фэу нагружался резистором 10 ком для слива постоянной составляющей сигнала и импульса тока при "прострелах". А преобразование импульса тока в напряжение происходило на монтажных емкостях, емкости разема итд. А усилок по входу имеет сопротивление около 50 ом на ВЧ, а по постоянке отвязан конденсатором. Там внутри обычно что- то типа MAR3 свч усилителя стоит. Сразу говорю- эта схема только для счета фотонов, для токового режима она "слепа и глуха". Или надо делать отдельный преобразователь ток-напряжение для нагрузочного резистора (когда-то так и делали, но этот канал был не измерительным, а служил для защиты ФЭУ от пересвета- снимал высокое напряжение в случае большого фототока).

Хм... возникает вопрос по поводу нагрузочного сопротивления при 10ком ведь и падение напряжение на нем от импульсов тока малым будет, вообще в одной статье было написано что от единиц до десятков мегаом надо брать... совсем чет нипанимаю
оно ведь по сути и играет функцию преобразователя тока в напряжение, только если измерительный прибор намного высокоомнее
а чтобы влияние нагрузки исключить ставят стоковый повторитель или это сопротивление ставят в обратную связь к быстродействующему оу (стандартная схема преобразователя ток-напряжение как в схеме в пред посте)


т.е. я так понимаю, если допустим, что длит однофотонного импульса 5нс то, чтобы примерно регистрировать однофотонные импульсы - поставить в нагрузку 10ком потом к нему через кондер(если в самом усилке этом его нет) подключить этот усилок и дальше на счетный прибор (компаратор допустим к597са1 после усилка стоятьбудет )

п.с. у меня опыта в этом деле нету - если возможно - то набросайте схемку плз... а то основная задача люминисценцию регистрировать... а время идет.

Вот- только что нашел работу аж 84-го года )
в одной части дано описание включения похожего фэу-79
вот описание преобразователя - какраз на ОУ: и следующая страница:

хочется получить такие-же "настроечные" результаты:

н.з. что за осциллограф там был- скорее всего использовали предусилитель какой-то ибо эффективное сопротивление нагрузки было 1ом.
можно ли такую схему оставить прежней и ограничится включением антенного усилителя?(может ли подойти от набора мастеркит:http://www.kimkit.ru/index.php?id_kat=262&id_tov=14256)????
влюбом случае - набросайте ваш вариант плз (в акценте подключения нагрузочного сопротивления по вашему варианту к предусилителю)

Вы с каким-то странным упорством приводите схемы для интегрального токового режима, а говорите о счете фотонов. Уж определитесь, что реально Вам нужно. В счетном режиме вся схема и соединения низкоомны- 50 ом обычно. И вход осциллографа 50 ом (как раз у C1-104 C1-75 вход 50 омный) и выход предусилителя 50 ом, и кабель- с волновым сопротивлением 50 ом. Все согласовано. А то, что сигнал при этом имеет милливольтовый размах- ну так для этого усилитель и нужен.
Если же счетный режим ненужен- так и ставьте свой преобразователь ток-напряжение на операционнике и мегаомном резисторе. Подавайте это все на синхронный детектор и вертушкой-чоппером модулируйе световой поток. Работать тоже будет и непонадобится селекция ФЭУ по возможности работать в счетном режиме.
На самом деле счетный режим поднимает только сигнал-шум установки раз в 10. И обычно возится со счетным режимом нет смысла, если световые потоки велики. Другое дело, что счетный режим позволяет реализовывать времяразрешенные измерения в режиме time coorrelated photon counting c пикосекундным разрешением по времени. Но это уже другая история, более сложная.
Живых схем для начинающего у меня нет- старье давно утеряно, а современные завязаны на времяразрешенку, там схемотехника дифференциальная везде, пикосекундные времена срабатывания компараторов итд. Вы в такой схемотехнике утоните без опыта и повторить не сумеете- схемы начнут генерить на гигагерцах. Могу подкинуть схемы входных цепей от SR400. Но это сканы паршивого качества, компараторы давно сняты с производства, а гибридный усилок пытается возбудится от любого чиха.

Но ведь преобразователь тока в напряжение имеет за счет ООС низкое входное сопротивление(недавно разобрался ) действительно, справедлива формула в идеальном случае: Rвх=Rос/Кус, т.е. при 1Мом и Кус=100000 Rвх=10 ом , в свою очередь Uвых=-Rос*I(эта формула за счет величины Rос заменит 15-20дБ усилка точно) и теоретически выходит что возможность применить ОУ ограничивает только макс скорость "нарастания" фронта входного импульса. Нз почему тогда счетную характеристику в 84-ом году товарисч тот снимал и даже пытался запатентовать устройство))

Но испытания на фэу-68 показали ерунду - к фэу-100 не применял еще...

А вы полосу рабочих частот операционника смотрели? Вот тото же. Не, можно конечно лепить преобразователь ток-напряжение на чем то типа current mode Opamp типа AD8099 c с полосй в пол-гига. При токовом (шунтовом) резисторе в пару килоом наверно неплохо будет работать для старых советских ФЭУ с широким импульсом. Только тогда усилитель обязательно должен быть собран прямо в цоколе ФЭУ- никаких кабелей. Иначе однофотонный импульс "заинтегрируется" на емкости несогласованного кабеля.
Поймите же наконец, вы пытаетесь работать с "иголочкой" длительностью 5 нс и амплитудой 10 мВ. Вот ее и надо увидеть и усилить. Сделайте фотографию экрана скопа с однофотонными импульсами- тогда, зная форму импульса можно будет подобрать подходящую схему дискриминатора. Наверно даже неплохо подойдет компаратор типа LT1016. Ну и перед ним усилитель типа AD8132 или AD8138. Я обычно компаратор подключаю по полностью дифференциальной схеме, поэтому перед компаратором ставлю дифференциальный по выходу усилитель. В старых схемах применяли LM733, но его сейчас найти невозможно и по параметрам он хуже.
ps http://cgi.ebay.com/NEW-HAMAMATSU-H7421-40-COOLED-PHOTON-COUNTING-HEAD-/230606738397?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item35b13b93dd

Спасибо)
на счет хамаматсу тоже в принципе можно подумать ....
а вместо AD8099 можно opa659 применить?

датташит: http://www.kontest.ru/datasheet/TEXASIN ... OPA659.pdf