8.3.2.3 Elektronik

Durch die nachfolgende Elektronik müssen die äußerst geringen, an der Anode erzeugten Photoströme zur meßtechnischen Erfassung aufbereitet werden. Im Laufe der gerätetechnischen Entwicklung sind dafür die folgenden Verfahren angewandt worden:

1. Direkte analoge Messung des Anodenstroms. Trotz der hohen Verstärkungen der Photomultiplier sind hierfür über einen extrem großen Bereich lineare Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad erforderlich. Die zu registrierenden Ströme liegen zwischen 0,5 nA (Dunkelstrom) und einigen mA.
2. Analoge Messung nach Integration des Photostroms durch einen Kondensator.
3. Digitale Erfassung der Meßwerte nach Strom/Frequenz-Umsetzung.
4. Zählung der durch Photonen ausgelösten Elektronenlawinen.

Das zuletzt genannte Verfahren, das wegen der Vermeidung analoger Signalverarbeitung und der dabei oft auftretenden Drift verschiedener Übertragungsgrößen die größte Meßgenauigkeit gestattet, entspricht seit der wesentlichen Erhöhung der Geschwindigkeit digitaler Schaltungen in den 60er Jahren bis heute dem Stand der Technik. Die dazu genutzten SEV haben Breiten der von einzelnen Photonen ausgelösten Impulse von etwa 50 ns. Diese Impulse können mit Zählern, die eine entsprechend dichte Eingangsimpulsfolge zulassen, erfaßt werden. Die Zählergebnisse stehen nach der Zählertoröffnungszeit sofort zur digitalen Weiterverarbeitung zur Verfügung. Bei der Messung müssen zwei Fehlerquellen beachtet werden:

1. Der Impulsfolge, die durch auf die Katode treffende Photonen ausgelöst wird und deren Impulshöhen zwischen zwei bestimmbaren Grenzen liegt, sind sowohl Dunkelimpulse überlagert, die vor allem durch spontane, thermisch bedingte Emission einzelner Elektronen aus den Dynoden entstehen, deren Impulshöhe daher unter der Signalimpulshöhe liegt, als auch durch kosmische Strahlung ausgelöste Impulse, deren Impulshöhe über der oberen Signalimpulsschwelle liegt. Es ist daher erforderlich, dem extrem breitbandigen Impulsverstärker (0 Hz bis ca. 100 MHz) einen Impulshöhendiskriminator nachzuschalten, dessen untere Schwelle (Abb. 9) über den größten Dunkelimpulsen liegt und dessen obere Schwelle größer ist, als alle Signalimpulse, aber kleiner, als die durch kosmische Strahlung ausgelösten Impulse.
   
   Abb. 9: Impulshöhenverteilung

2. Insbesondere bei hellen Meßobjekten vermögen die verwendeten Impulszähler oft nicht, einzelne der poissonverteilten, dicht aufeinanderfolgenden Impulse zu trennen: es besteht eine für die Meßanordnung spezifische Totzeit $\tau$. Das tatsächliche Zählergebnis $N$ läßt sich näherungsweise aus dem gemessenen Zählergebnis $n$ durch die Beziehung $N=n/(1-n \tau)$ errechnen, wenn die Totzeit bekannt ist [5]. In [10] ist für die in der vorliegenden Aufgabe eingesetzte Gerätekonfiguration (SEV, Verstärker, Diskriminator, 400-MHz-Zähler) eine Totzeit $\tau = (72 \pm 5)$ ns ermittelt worden.

Über eine PC-Interfacekarte wird die Steuerung des Meßprozesses und die Datenübernahme zur Auswertung vorgenommen.