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Un nouveau type de limiteur rapide avec correcteur de delai
NUCLEAR INSTRUMENTS
A N D M E T H O D S 65 (I968) 205--212; © N O R T H - I t O L L A N D
PUBLISHING
CO.
UN NOUVEAU TYPE DE L I M I T E U R R A P I D E AVEC C O R R E C T E U R DE DELAI A. LOOTEN
CERN, Gendve Re~:u le 31 Mai 1968 Acircuit is described which permits the limiting of fast pulses e.g.,2 ns to good precision, _+ 100 ps, over a wide range of pulse height e.g. 3 to 50 V and at high counting rate (average separation 7 ns).
1. Introduction Nous dScrivons ici une nouvelle mSthode pour corriger les variations de dSlai introduits dans les circuits non-linSaires, par des signaux de temps de montSe constant, mais d'amplitudes diffSrentes. Ce limiteur reste simple, les variations du temps de transit sont de l'ordre de 200 ps, pour des signaux de photomultiplicateur variant de 3-50 V. La frSquence de rdpdtition d6passe 150 Mc/s, de plus ce circuit n'Stant pas rSg6n6ratif, il n'introduit pas de temps mort. Les dSclenchements multiples sont impossibles. La largeur minimum des signaux de sortie sans perte d'amplitude est de 3 ns.
2. Prineipe La distortion en temps ou variation du temps de transit que subissent des signaux d'amplitudes variables dans les circuits/t seuil tels que discriminateurs et limiteurs, a toujours StS un probl~me qui suscita des travaux thSoriques et pratiques de la part des physiciens et des Slectroniciens. Qu'ils soient destinSs/t un convertisseur temps-amplitude ou 5. un circuit de coincidence, les signaux du photo-multiplicateur(PM)doivent &re identiques en amplitude et en durSe, c'est cette derni6re condition qui est laplus difficile/l obtenir. I1 existe deux mSthodes de base pour restituer cette information temporelle, soit avec le front avant de l'impulsion 1-7), soit avec son centre de gravitS par simple ou double diffdrentiation 8-1 v).
LIMITEUR
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INVER. M E L A N G E U R
Certains font la correction au niveau du convertisseur temps-amplitudelS-22). Pour avoir la distortion en temps minimum les circuits deviennent compliqu6s et lents et ceux qui utilisent des ddtecteurs de z6ro par monostables sensibles et rapides sont sujets aux d6clenchements multiples, car les impulsions apr~s passage dans les diff6rents connecteurs, cglbles et b o r e s de d61ai sont souvent entach6es de r6flections. En vue d'61iminer ces effets inddsirables et d'obtenir une bonne correction d6s la sortie du PM, nous avons d6velopp6 un limiteur enti6rement/l semi-conducteurs capable de distribuer l'impulsion corrig6e e t / t niveau logique, aux diff6rents circuits d'une Electronique de Physique exp6rimentale et ceci avec un d61ai court. Le signal anodique du PM est trait6 d~s l'entrSe par deux canaux distincts (fig. 1). Le premier, limite l'amplitude du signal, puis l'inverse; le second le diffSrentie, l'amplitude reste fonction du signal d'entrSe, c'est ce signal qui effectuera la correction. Les signaux provenant des deux canaux sont ensuite mSlangSs avec une amplitude et un retard convenables, la fig. 2 illustre ces transformations, d~s ce moment, la correction est rSalisSe, les Stages de sortie sont classiques. On peut, soit prSvoir des Stages amplificateurs de tension et de courant pour avoir une version limiteur, soit attaquer directement un monostable rapide et avoir ainsi un dSclencheur avec temps de transit constant. Nous ne dScrirons cependant que la version limiteur dont le schSma est donnS par la fig. 3.
AMPLIFICATEUR
AMBLI. de SORTIE
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Fig. 1. Sch6ma synoptique du limiteur.
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IMPULSIONS CORRIGEES CALAGE OPTIMUM
Fig. 2. Explication graphique de la correction. 3. Circuits d'entr6e 3.1. CIRCUIT LIMITEUR I1 est classique et utilise deux transistors T1 et T2 au silicium et compl6mentaires, quand une impulsion /~ l'entr6e atteint une amplitude suffisante pour couper le courant fixe qui passait dans T1, c'est T2 qui 6tait juste au seuil de conduction, qui transfbre ce courant fixe dans la charge choisie. Un cS,ble coaxial de 125 ohm retarde suffisamment l'impulsion limitde avant son m61ange avec l'impulsion de correction dans T4.
3.2. CIRCUIT DIFFl~RENTIATEUR I1 n'utilise qu'un seul transistor T3, celui-ci est toujours conducteur, son collecteur est charg6 par une inductance convenablement amortie, pour une valeur de celle-ci fonction du temps de mont6e de l'impulsion d'entr6e, on aura ~ ses bornes des signaux de largeur fixe, dont l'amplitude pourra ~tre facilement ajust6e par la r6sistance en s6rie dans l'6metteur de T3, cette inductance compense aussi les capacit6s qui existent sur le collecteur de T4.
UN
NOUVEAU
TYPE
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A. LOOTEN
Les rdseaux d'entr6e de ces deux circuits sont calculds pour adapter c o n v e n a b l e m e n t le cfible coaxial d'arriv6e. 4. Circuit de m61ange et de correction II utilise la paire de transistors T4, T5, mais la fonction essentielle est assur6e par T4 qui inverse le signal
Fig. 4. Haut: Signal corrig6 du collecteur de T4; Milieu: Signal de correction du collecteur de T3; Bas: Signal non corrig6 du limiteur T1, T2. 0.5 V/cm, 2 ns/cm, avec g6n6rateur HP 215 A.
limit6, ce transistor conduit au repos une partie du courant circulant dans la charge c o m m u n e des 6metteuis, ce partage est ajust6 par la base de T5. Le transistor T4 est coup6 c o m p l 6 t e m e n t par rimpulsion limit6e qui e~t envoy6e sur sa base, sa charge collecteur est constitu6e par une r6sistance en s6rie avec l'inductance d6jfi, utilis6e pour diff6rentier le signal d'entr6e, les courants de T3 et T4 sont donc m61ang6s au niveau de cette inductance, mais le signal corrig6 est recueilli directement sur le collecteur de T4 puis envoy6 sur les &ages de sortie, la fig. 4 m o n t r e les diff6rents signaux pr6sents dans cet 6tage. Le fait de ne pas utiliser de circuits rdg6n6ratifs, oblige /t utiliser des transistors ayant des caract6ristiques de c o m m u t a t i o n excellentes, si l'on veut des temps de mont6e et de descente c o m patibles avec la rapidit6 que l'on exige du circuit, plus de 100 Mc/s. 5. Circuits de sortie Ils comprennent les transistors T6 fi T12, la diode 26 e m p & h e la partie n6gative du signal corrig6 sur T4, de
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Fig. 5. Courbe exprimant le delai du signal de sortie en fonction de l'amplitude du signal d'entr6e.
UN NOUVEAU TYPE DE L I M I T E U R R A P I D E
Fig. 6. Signaux /a l'entr6e du limiteur PM 56 AVP. 5 V/cm, 2 ns/cm,
Fig. 7. Signaux de sortie limit6s, d6tail du front avant, il y a 5 t r a c e s s u r c e cliche, correspondant a des amplitudes d'entr6e de - 3 0 V / t - 3 V ; P M 5 6 A V P
209
Fig. 9. Impulsions de sortie avec cfible court-circuit6, avec g6n6rateur HP 215 A. 1 ns/cm, 200 mV/cm.
Fig. 10. Impulsions de sortie avec signaux PM 56 AVP. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
(a)
Fig. 11. Impulsions de sortie pour diff6rentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: - 5 0 V; Bas: - 4 0 V. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
(b) Fig. 8. Signaux de sortie normal et compl6mentaire avec ghn4rateur HP 215 A. 200 mV/cm; 1 ns/cm (a), 5 ns/cm (b).
Fig. 12. Impulsions de sortie pour diff6rentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: - 30 V; Bas: -- 15 V. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
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A. L O O T E N
perturber la paire T6 et TT, qui 6galise le sommet de rimpulsion. Les transistors T8 et T9 mont6s en 6metteurs suiveurs compl6mentaires, permettent d'attaquer sous basse imp6dance les 6tages de sortie proprement dits, T10, T11, T12. S m l e collecteur de T11 on dispose d'une sortie logique compl6mentmre. Le circuit est compl6tement coupl6 en courant continu. Les transistors T10 fi T12 sont plac6s pr6s du panneau avant, il n'y a pas de c~tble de liaison et il n'est donc pas ndcessaire de terminer les sorties non utilis6es. Deux connecteurs sont branch6s sur chaque sortie et l'on dispose ares1 de deux fois 14 mA avec un temps de montde de 1.5 ns, on peut aussi utiliser une sortie pour connecter un cfible coaxial court-circuit6 et obtenir ainsi des impulsions standardisdes aussi en dur6e. Les constantes de temps R C qui sont en parall~le sur les collecteurs sont ajust6es pour 61iminer les rebondissements sur la partie sup6rieure du front avant des signaux de sortie, les deux diodes en s6rie entre chaque collecteur et la masse limitent fi 1.4 V l'amplitude des signaux quand les charges sont supdrieures fi 50 ohm. Les transistors T13 et T14 sont des circuits auxiliaires qui permettent d'ajuster sous faible impddance la tension base de TI, et les tensions sur les collecteurs de T3 et T4. Les connexions de masse du cable d'entrde sont particulibrement soigndes pour 6viter l'apparition de signaux parasites sur les sorties. La dynamique de limitation s'6tend de 20 mA jusqu'~t 500 mA. Une diode rapide D2 plac6e entre l'6metteur de TI et la masse protege le circuit pour signaux d'entr6e d6passant 50 V.
du graphique fig. 5 reprdsente les variations du sommet de l'impulsion limit6e et non les variations du point de croisement situ6 ~ peu prbs au milieu du front avant
GENERATEUR-HT lkV/2ns ~ DI~CLENCHEMENT
ATTENUATEUR/40dB
LAMPEH2 /I FILTREOPTIQUE VARIABLE
PH0,O-TUBE [.--]L,.,TTEUREUR5 N/50£ i3,30y,,25.'0V'SO 0SCILL.ECHANTILLONNAGE 500pS/cm
I (a)
GENERATEUR-HT kV/2ns ~ DE~CLENCHEMENT
6. R~snltats La variation du temps de transit des signaux limit6s, en fonction des amplitudes diff~rentes ~ l'entr6e, est donn6e par le graphique fig. 5; les photos, figs. 6 et 7 illustrent ces performances. I1 faut noter que la courbe
ATTENUATEUR/40dB
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LAMPEH2 FILTREOPTIQUE VARIABLE PHOTO-TUBEATTN :I UATE BA UN RDG /ER ' L'ARGE
I Fig. 13. Impulsions de sortie p o u r diffdrentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: -- 7 V; Bas: - 3.5 V.
5 ns/cm, 200 mV/cm.
OSClLL.ECHANTILLONNAGE 500ps/cm
(b) Fig. 14a, b. Schdma de principe des montages p o u r mesurer la correction et les variations de temps de transit du PM.
UN NOUVEAU
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Fig. 15a, b. C o u r b e s e x p r i m a n t les variations du front a v a n t de l ' i m p u l s i o n du P M pour diff6rentes charges sur s o n anode.
il serait avantageux de choisir cette zone pour d6clenchef un monostable. A partir d'une certaine amplitude/t l'entr6e, 10 V, le temps de transit dans le limiteur ne varie plus. Suivant le calage de l'impulsion limitde par rapport /t celle de correction, on peut obtenir un effet inverse, les impulsions dont l'amplitude est grande, se trouvent retard6es, ceci peut ~tre int6ressant pour des cas spdciaux. Le rdglage fin du calage est effectu6 61ectronique-
RAPIDE
211
ment par variation du potentiel de base de T1, entre 0 et 50 inV. Les figs. 8-13, montrent les signaux de sortie pour diff6rentes charges, et pour des impulsions d'amplitudes d6croissantes/t l'entrde. Ce type de limiteur a 6t6 construit en version double, dans une mdcanique standard NIM-2 unit6s. Une pr6sdrie de 12 tiroirs a donn6 satisfaction /t l'usage dans des exp6riences au PS et au SC. La fig. 14a montre le sch6ma de principe des mesures. Le g6ndrateur d'impulsions ht ddlivre des impulsions de 1 kV sous 50 ohm et de 2 ns de large, qui attaquent une lampe 5~ atmosph6re d'hydrog~ne et/t di61ectrique au titanate de barium, ce type de g6n6rateur de lumi6re br6ve fluctue au maximum d'environ 200 ps. Cette lampe 6claire le PM, par l'intermddiaire d'un att6nuateur optique variable constitu6 par deux lames de polaloid qui peuvent se croiser et dont les positions sont rep6r6es. L'impulsion de d6clenchement donn6e par le g6ndrateur HT, est synchrone avec celle qui attaque la lampe, il n'y a pas de fluctuations/l ce niveau. L'oscillographe est du type h 6chantillonage TEK. 3T2+3S1, le tube cathodique est h mdmoire, ce qui facilite beaucoup la mise au point. Certains ayant mentionnd des variations de temps de transit/~ l'int6rieur m~me du PM, en fonction de l'6clairement de la photo-cathode, nous avons 6t6 conduit/t chiffrer ces variations. Cette mesure a 6t6 men6e avec la collaboration de M. P. Macq (Universit6 de Louvain). Le r6sultat donn6 par cette mesure est que pour une charge fixe sur l'anode du PM, il n'y a pas de variations du front avant qui soient fonction de l'intensit6 lumineuse. Par contre il fut constat6 que la position du front avant changeait avec ta valeur de la charge r6sistive sur l'anode ce qui explique certains faits jusqu'/t maintenant real interpr~tds. La fig. 14b sch6matise le montage utilis6. Les figs. 15a,b montrent l'ordre de grandeur et le sens de ces variations, nous ferons ultdrieurement une publication sur cette constatation. Des essais sont en cours pour abaisser le seuil de limitation, et pour utiliser un autre type de limiteur /t l'entr6e. Depuis Juillet 1967, data de sa raise au point, et Novembre 1967, date de son utilisation dans des expdriences de physique, des travaux int6ressants furent publi6s et sont tr~s proches du n6tre23-25). I1 faut noter que les analyses de forme d'onde effectudes antdrieurement par d'autres auteurs, ne sont pas compatibles avec nos rdsultats exp6rimentaux. Une analyse plus correcte est en cours.
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A. LOOTEN
J e t i e n s h r e m e r c i e r M o n s i e u r J. D u f o u r n a u d p o u r les id6es et les d i s c u s s i o n s f r u c t u e u s e s q u i f u r e n t ~ la b a s e d e ce t r a v a i l , a i n s i q u e M o n s i e u r W . H u t a p o u r l a r6alisation concrete de l'appareil.
R~f6renees 1) p. C. Simms, Nucl. Instr. and Meth.32 (1961) 894. 2) O. Aspelund, Nucl. Instr. and Meth. 23 (1963) 1. 3) j. Bell, S. J. Tao et J. H. Green, Nucl. Instr. and Meth. 35 (1965) 213; 36 (1965) 320. 4) L. Dick, CERN, h publier (1959). 5) R. Fullwood, Nucl. Instr. and Meth. 31 (1960) 1186. 0) j. Grundberg et L. Tepper, IEEE Trans. NS-13 (1966) 389. 7) j. Johansson, Nucl, Instr. 1 (1957) 274; Nucl. Instr. and Meth. 5 (1960) 201. 8) W. Gruhle, Nucl. Instr. and Meth. 4 (1959) 112. 9) H. Brafman, Nucl. Instr. and Meth. 34 (1965) 239. lo) j. K. Whittaker, IEEE Trans. NS-13 (1966) 399.
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A N D M E T H O D S 65 (I968) 205--212; © N O R T H - I t O L L A N D
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UN NOUVEAU TYPE DE L I M I T E U R R A P I D E AVEC C O R R E C T E U R DE DELAI A. LOOTEN
CERN, Gendve Re~:u le 31 Mai 1968 Acircuit is described which permits the limiting of fast pulses e.g.,2 ns to good precision, _+ 100 ps, over a wide range of pulse height e.g. 3 to 50 V and at high counting rate (average separation 7 ns).
1. Introduction Nous dScrivons ici une nouvelle mSthode pour corriger les variations de dSlai introduits dans les circuits non-linSaires, par des signaux de temps de montSe constant, mais d'amplitudes diffSrentes. Ce limiteur reste simple, les variations du temps de transit sont de l'ordre de 200 ps, pour des signaux de photomultiplicateur variant de 3-50 V. La frSquence de rdpdtition d6passe 150 Mc/s, de plus ce circuit n'Stant pas rSg6n6ratif, il n'introduit pas de temps mort. Les dSclenchements multiples sont impossibles. La largeur minimum des signaux de sortie sans perte d'amplitude est de 3 ns.
2. Prineipe La distortion en temps ou variation du temps de transit que subissent des signaux d'amplitudes variables dans les circuits/t seuil tels que discriminateurs et limiteurs, a toujours StS un probl~me qui suscita des travaux thSoriques et pratiques de la part des physiciens et des Slectroniciens. Qu'ils soient destinSs/t un convertisseur temps-amplitude ou 5. un circuit de coincidence, les signaux du photo-multiplicateur(PM)doivent &re identiques en amplitude et en durSe, c'est cette derni6re condition qui est laplus difficile/l obtenir. I1 existe deux mSthodes de base pour restituer cette information temporelle, soit avec le front avant de l'impulsion 1-7), soit avec son centre de gravitS par simple ou double diffdrentiation 8-1 v).
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Certains font la correction au niveau du convertisseur temps-amplitudelS-22). Pour avoir la distortion en temps minimum les circuits deviennent compliqu6s et lents et ceux qui utilisent des ddtecteurs de z6ro par monostables sensibles et rapides sont sujets aux d6clenchements multiples, car les impulsions apr~s passage dans les diff6rents connecteurs, cglbles et b o r e s de d61ai sont souvent entach6es de r6flections. En vue d'61iminer ces effets inddsirables et d'obtenir une bonne correction d6s la sortie du PM, nous avons d6velopp6 un limiteur enti6rement/l semi-conducteurs capable de distribuer l'impulsion corrig6e e t / t niveau logique, aux diff6rents circuits d'une Electronique de Physique exp6rimentale et ceci avec un d61ai court. Le signal anodique du PM est trait6 d~s l'entrSe par deux canaux distincts (fig. 1). Le premier, limite l'amplitude du signal, puis l'inverse; le second le diffSrentie, l'amplitude reste fonction du signal d'entrSe, c'est ce signal qui effectuera la correction. Les signaux provenant des deux canaux sont ensuite mSlangSs avec une amplitude et un retard convenables, la fig. 2 illustre ces transformations, d~s ce moment, la correction est rSalisSe, les Stages de sortie sont classiques. On peut, soit prSvoir des Stages amplificateurs de tension et de courant pour avoir une version limiteur, soit attaquer directement un monostable rapide et avoir ainsi un dSclencheur avec temps de transit constant. Nous ne dScrirons cependant que la version limiteur dont le schSma est donnS par la fig. 3.
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AMBLI. de SORTIE
"--I._~--2 III m A
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Fig. 1. Sch6ma synoptique du limiteur.
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CORRIGI~ES CALAGE MINIMUM
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Fig. 2. Explication graphique de la correction. 3. Circuits d'entr6e 3.1. CIRCUIT LIMITEUR I1 est classique et utilise deux transistors T1 et T2 au silicium et compl6mentaires, quand une impulsion /~ l'entr6e atteint une amplitude suffisante pour couper le courant fixe qui passait dans T1, c'est T2 qui 6tait juste au seuil de conduction, qui transfbre ce courant fixe dans la charge choisie. Un cS,ble coaxial de 125 ohm retarde suffisamment l'impulsion limitde avant son m61ange avec l'impulsion de correction dans T4.
3.2. CIRCUIT DIFFl~RENTIATEUR I1 n'utilise qu'un seul transistor T3, celui-ci est toujours conducteur, son collecteur est charg6 par une inductance convenablement amortie, pour une valeur de celle-ci fonction du temps de mont6e de l'impulsion d'entr6e, on aura ~ ses bornes des signaux de largeur fixe, dont l'amplitude pourra ~tre facilement ajust6e par la r6sistance en s6rie dans l'6metteur de T3, cette inductance compense aussi les capacit6s qui existent sur le collecteur de T4.
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Les rdseaux d'entr6e de ces deux circuits sont calculds pour adapter c o n v e n a b l e m e n t le cfible coaxial d'arriv6e. 4. Circuit de m61ange et de correction II utilise la paire de transistors T4, T5, mais la fonction essentielle est assur6e par T4 qui inverse le signal
Fig. 4. Haut: Signal corrig6 du collecteur de T4; Milieu: Signal de correction du collecteur de T3; Bas: Signal non corrig6 du limiteur T1, T2. 0.5 V/cm, 2 ns/cm, avec g6n6rateur HP 215 A.
limit6, ce transistor conduit au repos une partie du courant circulant dans la charge c o m m u n e des 6metteuis, ce partage est ajust6 par la base de T5. Le transistor T4 est coup6 c o m p l 6 t e m e n t par rimpulsion limit6e qui e~t envoy6e sur sa base, sa charge collecteur est constitu6e par une r6sistance en s6rie avec l'inductance d6jfi, utilis6e pour diff6rentier le signal d'entr6e, les courants de T3 et T4 sont donc m61ang6s au niveau de cette inductance, mais le signal corrig6 est recueilli directement sur le collecteur de T4 puis envoy6 sur les &ages de sortie, la fig. 4 m o n t r e les diff6rents signaux pr6sents dans cet 6tage. Le fait de ne pas utiliser de circuits rdg6n6ratifs, oblige /t utiliser des transistors ayant des caract6ristiques de c o m m u t a t i o n excellentes, si l'on veut des temps de mont6e et de descente c o m patibles avec la rapidit6 que l'on exige du circuit, plus de 100 Mc/s. 5. Circuits de sortie Ils comprennent les transistors T6 fi T12, la diode 26 e m p & h e la partie n6gative du signal corrig6 sur T4, de
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Fig. 5. Courbe exprimant le delai du signal de sortie en fonction de l'amplitude du signal d'entr6e.
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Fig. 6. Signaux /a l'entr6e du limiteur PM 56 AVP. 5 V/cm, 2 ns/cm,
Fig. 7. Signaux de sortie limit6s, d6tail du front avant, il y a 5 t r a c e s s u r c e cliche, correspondant a des amplitudes d'entr6e de - 3 0 V / t - 3 V ; P M 5 6 A V P
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Fig. 9. Impulsions de sortie avec cfible court-circuit6, avec g6n6rateur HP 215 A. 1 ns/cm, 200 mV/cm.
Fig. 10. Impulsions de sortie avec signaux PM 56 AVP. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
(a)
Fig. 11. Impulsions de sortie pour diff6rentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: - 5 0 V; Bas: - 4 0 V. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
(b) Fig. 8. Signaux de sortie normal et compl6mentaire avec ghn4rateur HP 215 A. 200 mV/cm; 1 ns/cm (a), 5 ns/cm (b).
Fig. 12. Impulsions de sortie pour diff6rentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: - 30 V; Bas: -- 15 V. 5 ns/cm, 200 mV/cm.
210
A. L O O T E N
perturber la paire T6 et TT, qui 6galise le sommet de rimpulsion. Les transistors T8 et T9 mont6s en 6metteurs suiveurs compl6mentaires, permettent d'attaquer sous basse imp6dance les 6tages de sortie proprement dits, T10, T11, T12. S m l e collecteur de T11 on dispose d'une sortie logique compl6mentmre. Le circuit est compl6tement coupl6 en courant continu. Les transistors T10 fi T12 sont plac6s pr6s du panneau avant, il n'y a pas de c~tble de liaison et il n'est donc pas ndcessaire de terminer les sorties non utilis6es. Deux connecteurs sont branch6s sur chaque sortie et l'on dispose ares1 de deux fois 14 mA avec un temps de montde de 1.5 ns, on peut aussi utiliser une sortie pour connecter un cfible coaxial court-circuit6 et obtenir ainsi des impulsions standardisdes aussi en dur6e. Les constantes de temps R C qui sont en parall~le sur les collecteurs sont ajust6es pour 61iminer les rebondissements sur la partie sup6rieure du front avant des signaux de sortie, les deux diodes en s6rie entre chaque collecteur et la masse limitent fi 1.4 V l'amplitude des signaux quand les charges sont supdrieures fi 50 ohm. Les transistors T13 et T14 sont des circuits auxiliaires qui permettent d'ajuster sous faible impddance la tension base de TI, et les tensions sur les collecteurs de T3 et T4. Les connexions de masse du cable d'entrde sont particulibrement soigndes pour 6viter l'apparition de signaux parasites sur les sorties. La dynamique de limitation s'6tend de 20 mA jusqu'~t 500 mA. Une diode rapide D2 plac6e entre l'6metteur de TI et la masse protege le circuit pour signaux d'entr6e d6passant 50 V.
du graphique fig. 5 reprdsente les variations du sommet de l'impulsion limit6e et non les variations du point de croisement situ6 ~ peu prbs au milieu du front avant
GENERATEUR-HT lkV/2ns ~ DI~CLENCHEMENT
ATTENUATEUR/40dB
LAMPEH2 /I FILTREOPTIQUE VARIABLE
PH0,O-TUBE [.--]L,.,TTEUREUR5 N/50£ i3,30y,,25.'0V'SO 0SCILL.ECHANTILLONNAGE 500pS/cm
I (a)
GENERATEUR-HT kV/2ns ~ DE~CLENCHEMENT
6. R~snltats La variation du temps de transit des signaux limit6s, en fonction des amplitudes diff~rentes ~ l'entr6e, est donn6e par le graphique fig. 5; les photos, figs. 6 et 7 illustrent ces performances. I1 faut noter que la courbe
ATTENUATEUR/40dB
I ~ ]
LAMPEH2 FILTREOPTIQUE VARIABLE PHOTO-TUBEATTN :I UATE BA UN RDG /ER ' L'ARGE
I Fig. 13. Impulsions de sortie p o u r diffdrentes amplitudes du signal d'entr6e avec PM 56 AVP. Haut: -- 7 V; Bas: - 3.5 V.
5 ns/cm, 200 mV/cm.
OSClLL.ECHANTILLONNAGE 500ps/cm
(b) Fig. 14a, b. Schdma de principe des montages p o u r mesurer la correction et les variations de temps de transit du PM.
UN NOUVEAU
T Y P E DE L I M I T E U R
(a)
-----
50~I
25~I
500 ps
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
I
I
I
I
I
I
I
I
3.6 I
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
I-
V
T (b)
/[I
-
-
G2-~
-
fl
12 s~
500ps 0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
I
I
I
I
I
I
:
~
3.6 :
0.8
1.6
2.4
3.2
4.0
4.8
5.6
6.4
7.2
m
Y
Fig. 15a, b. C o u r b e s e x p r i m a n t les variations du front a v a n t de l ' i m p u l s i o n du P M pour diff6rentes charges sur s o n anode.
il serait avantageux de choisir cette zone pour d6clenchef un monostable. A partir d'une certaine amplitude/t l'entr6e, 10 V, le temps de transit dans le limiteur ne varie plus. Suivant le calage de l'impulsion limitde par rapport /t celle de correction, on peut obtenir un effet inverse, les impulsions dont l'amplitude est grande, se trouvent retard6es, ceci peut ~tre int6ressant pour des cas spdciaux. Le rdglage fin du calage est effectu6 61ectronique-
RAPIDE
211
ment par variation du potentiel de base de T1, entre 0 et 50 inV. Les figs. 8-13, montrent les signaux de sortie pour diff6rentes charges, et pour des impulsions d'amplitudes d6croissantes/t l'entrde. Ce type de limiteur a 6t6 construit en version double, dans une mdcanique standard NIM-2 unit6s. Une pr6sdrie de 12 tiroirs a donn6 satisfaction /t l'usage dans des exp6riences au PS et au SC. La fig. 14a montre le sch6ma de principe des mesures. Le g6ndrateur d'impulsions ht ddlivre des impulsions de 1 kV sous 50 ohm et de 2 ns de large, qui attaquent une lampe 5~ atmosph6re d'hydrog~ne et/t di61ectrique au titanate de barium, ce type de g6n6rateur de lumi6re br6ve fluctue au maximum d'environ 200 ps. Cette lampe 6claire le PM, par l'intermddiaire d'un att6nuateur optique variable constitu6 par deux lames de polaloid qui peuvent se croiser et dont les positions sont rep6r6es. L'impulsion de d6clenchement donn6e par le g6ndrateur HT, est synchrone avec celle qui attaque la lampe, il n'y a pas de fluctuations/l ce niveau. L'oscillographe est du type h 6chantillonage TEK. 3T2+3S1, le tube cathodique est h mdmoire, ce qui facilite beaucoup la mise au point. Certains ayant mentionnd des variations de temps de transit/~ l'int6rieur m~me du PM, en fonction de l'6clairement de la photo-cathode, nous avons 6t6 conduit/t chiffrer ces variations. Cette mesure a 6t6 men6e avec la collaboration de M. P. Macq (Universit6 de Louvain). Le r6sultat donn6 par cette mesure est que pour une charge fixe sur l'anode du PM, il n'y a pas de variations du front avant qui soient fonction de l'intensit6 lumineuse. Par contre il fut constat6 que la position du front avant changeait avec ta valeur de la charge r6sistive sur l'anode ce qui explique certains faits jusqu'/t maintenant real interpr~tds. La fig. 14b sch6matise le montage utilis6. Les figs. 15a,b montrent l'ordre de grandeur et le sens de ces variations, nous ferons ultdrieurement une publication sur cette constatation. Des essais sont en cours pour abaisser le seuil de limitation, et pour utiliser un autre type de limiteur /t l'entr6e. Depuis Juillet 1967, data de sa raise au point, et Novembre 1967, date de son utilisation dans des expdriences de physique, des travaux int6ressants furent publi6s et sont tr~s proches du n6tre23-25). I1 faut noter que les analyses de forme d'onde effectudes antdrieurement par d'autres auteurs, ne sont pas compatibles avec nos rdsultats exp6rimentaux. Une analyse plus correcte est en cours.
212
A. LOOTEN
J e t i e n s h r e m e r c i e r M o n s i e u r J. D u f o u r n a u d p o u r les id6es et les d i s c u s s i o n s f r u c t u e u s e s q u i f u r e n t ~ la b a s e d e ce t r a v a i l , a i n s i q u e M o n s i e u r W . H u t a p o u r l a r6alisation concrete de l'appareil.
R~f6renees 1) p. C. Simms, Nucl. Instr. and Meth.32 (1961) 894. 2) O. Aspelund, Nucl. Instr. and Meth. 23 (1963) 1. 3) j. Bell, S. J. Tao et J. H. Green, Nucl. Instr. and Meth. 35 (1965) 213; 36 (1965) 320. 4) L. Dick, CERN, h publier (1959). 5) R. Fullwood, Nucl. Instr. and Meth. 31 (1960) 1186. 0) j. Grundberg et L. Tepper, IEEE Trans. NS-13 (1966) 389. 7) j. Johansson, Nucl, Instr. 1 (1957) 274; Nucl. Instr. and Meth. 5 (1960) 201. 8) W. Gruhle, Nucl. Instr. and Meth. 4 (1959) 112. 9) H. Brafman, Nucl. Instr. and Meth. 34 (1965) 239. lo) j. K. Whittaker, IEEE Trans. NS-13 (1966) 399.
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