光電倍增管(PMT)發(fā)生ringing現(xiàn)象時(shí)的改善程序.doc

光電倍增管(PMT)發(fā)生ringing現(xiàn)象時(shí)的改善程序（強(qiáng)場(chǎng)物理與超快技術(shù)實(shí)驗(yàn)室製作）製作人：洪國(guó)川利用光電倍增管(PMT)進(jìn)行photon counting實(shí)驗(yàn)時(shí)，在高pulse rate時(shí)，會(huì)因?yàn)殡娏鞑蛔愣沟胮ulse的高度降低，有時(shí)可能低於光子計(jì)數(shù)器設(shè)定的trigger level，因而導(dǎo)致計(jì)數(shù)誤差。為避免此一問(wèn)題，專用於photon counting的 PMT常會(huì)在分壓器(base)裡最後幾級(jí)dynode安裝旁通電容，以電容的適時(shí)放電來(lái)避免pulse height降低的問(wèn)題。然而，安裝旁通電容也導(dǎo)致另一個(gè)問(wèn)題，就是如下圖的ringing現(xiàn)象。此現(xiàn)象是由於旁通電容造成阻抗不匹配而產(chǎn)生。一樣會(huì)造成計(jì)數(shù)的錯(cuò)誤。要解決此現(xiàn)象，可在PMT的anode端用T接頭來(lái)並聯(lián)一個(gè)snubber，使出anode的訊號(hào)強(qiáng)度一分為二，分別走output端（通往量測(cè)儀器）及snubber。Snubber是一條RG174 (特徵阻抗為50)的同軸纜線，一端接T接頭，另一端接一個(gè)050可變電阻（調(diào)到低於 50，反射訊號(hào)才會(huì)相位反轉(zhuǎn)）。終端電阻如同反射介面，會(huì)使訊號(hào)反射以及相位反轉(zhuǎn)。藉由選擇合適的snubber線長(zhǎng)度來(lái)決定反射訊號(hào)與原通往output端的訊號(hào)之間的delay，以及調(diào)整可變電阻的大小來(lái)控制在snubber線反射的訊號(hào)的高度，使得第一個(gè)脈衝在snubber產(chǎn)生的反相的反射脈衝與原通往output端的第二個(gè)脈衝（即 ringing 產(chǎn)生的脈衝）互相抵銷，便可除去第一個(gè)脈衝之後的脈衝（在相同設(shè)定下，第二個(gè)脈衝在snubber產(chǎn)生的反相的反射脈衝與原通往output端的第三個(gè)脈衝互相抵銷，以此類推）。由於訊號(hào)在傳輸線中的速率約為2/3光速，加上在snubber要跑來(lái)回一趟，因此反射訊號(hào)與往output端訊號(hào)之間的delay為： (1)以snubber的長(zhǎng)度為210 cm，終端電阻0歐姆為例先設(shè)Leff 為零，將snubber長(zhǎng)度210 cm代入（1）式，預(yù)計(jì)delay time為21 ns，但是量測(cè)的結(jié)果為22 ns，誤差為1 ns，將1 ns代回（1）式可推得Leff等於11 cm。之後便可利用上述公式來(lái)決定snubber長(zhǎng)度，然後調(diào)整可變電阻使第二個(gè)以後的脈衝的振幅最小，即完成。注意，不同的實(shí)驗(yàn)架設(shè)（尤其是使用不同 PMT base時(shí)），應(yīng)依上述程序找到Leff及完成上述動(dòng)作，不能沿用別人的Leff。註：為何假設(shè)單一變數(shù)Leff即可修正此誤差，詳見(jiàn)Appendix。Appendix分別測(cè)試四種長(zhǎng)度8.5、30、56及210 cm的snubber，觀察其delay time (2)測(cè)試一、snubber長(zhǎng)度8.5 cm，終端電阻0歐姆測(cè)試二、snubber長(zhǎng)度30 cm，終端電阻0歐姆測(cè)試三、snubber長(zhǎng)度56 cm ，終端電阻0歐姆測(cè)試四、snubber長(zhǎng)度210 cm ，終端電阻0歐姆從(2)式推得三種長(zhǎng)度8.5、30、56及210 cm對(duì)應(yīng)到的delay time分別為，0.85、3、5.6及21 ns，但是這與測(cè)試結(jié)果不服，結(jié)果分別為2、4、 6.8及22 ns，可能的原因是訊號(hào)在PMT內(nèi)已有反射現(xiàn)象發(fā)生，而從下圖的線性關(guān)係得知，可增加一個(gè)變數(shù)來(lái)修正（2）式。假設(shè)變數(shù)為L(zhǎng)eff而上圖的y截距則為此常