Der bislang eingesetzte Elektronendetektor (Desy-Detektor) soll hier im Vergleich mit der Neuentwicklung (FHL-Detektor) vorgestellt werden.

Der in Abbildung 9 dargestellte Vorverstärker wird im Desy-Detektor verwendet und wurde im Max-Planck-Institut für Physik und Astrophysik (MPI) in München entwickelt und von der Firma Schrack, Wien, hergestellt. Er besteht aus einem landungsempfindlichen Verstärker und einem symmetrischen Leitungstreiber. Alle Widerstände wurden in Dickfilmtechnik hergestellt und im Betrieb getrimmt. Als weitere Bauteile erkennt man in SMD-Bauform die Kondensatoren und Transistoren. Das IC enthält 8 einzelne Transistoren. Die nachträglich eingelöteten Widerstände ersetzen mit ihrem Gesamtwiderstand von 20 MW den mit 2 MW vorgesehenen Rückkoppelwiderstand Rf.

Der Schaltplan des Verstärkers ist im Anhang beigefügt und zeigt den diskreten Aufbau - es wurden keine höherintegrierten ICs verwandt.

Die Entwicklung des Vorverstärkers für den FHL-Detektor erfolgte in Kooperation von Hasylab und der Fachhochschule Lübeck [Pol97]. Er besteht im wesentlichen aus zwei ICs, einem Operationsverstärker (OP) und einem symmetrischen Leitungstreiber. Die symmetrische Signalübertragung wurde von dem MPI-Vorverstärker übernommen. Zunächst sollten von der FH-Lübeck nur Ersatzmodule für diese hergestellt werden, wodurch sich die Notwendigkeit für diese Art der Signalübertragung ergab. In Abbildung 10 ist ein leicht vereinfachtes Schaltbild dargestellt, im Anhang findet sich ein ausführliches.

Vor den negativen Eingang des OPs ist ein rauscharmer Feldeffekttransistor geschaltet, um den Eingangswiderstand des OPs zu erhöhen. Außerdem eröffnet sich so die Möglichkeit diesen Transistor stark zu kühlen um sein Rauschen zu minimieren. Während der Feldeffekttransistor bei einer Temperatur von etwa 90 K bis 120 K am rauschärmsten arbeitet [Ger83], sind die Transistoren der ICs bei diesen Temperaturen nicht funktionsfähig, da sich dann das Halbleitermaterial noch nicht in der Störstellensättigung befindet.

Der Ladungsverstärker wurde also in zwei Temperaturbereiche geteilt. Der links dargestellte 'kalte' Bereich enthält alle Bauteile, die auch bei Temperaturen in der Nähe des flüssigen Stickstoffs arbeiten. Diese werden entsprechend gekühlt. Das Absenken der Temperatur der Widerstände sollte deren thermisches Rauschen verringern. Im rechten 'warmen' Teil des Verstärkers sind Elemente zusammengefaßt, die in der Nähe von Raumtemperatur betrieben werden müssen (siehe auch Abbildung 11).

Der Hochpaß zwischen OP und Leitungstreiber, der aus RHP und CHP besteht, soll einen Gleichspannungs-Offset auf den Leitungen verhindern. Seine Grenzfrequenz liegt bei 180 Hz und stört die Übertragung des Nutzsignales nicht. Ein Offset auf den mit 50 W abgeschlossenen Übertragungsleitungen würde den Leistungsbedarf des Leitungstreibers erhöhen.

Bei dem bisherigen Detektor befinden sich alle Photodioden zusammen auf einer Platine; diese ist durch eine Flachbandleitung mit einer weiteren Platine verbunden, auf der sich die Hochspannungsversorgung und die Ladungsverstärkermodule befinden. Um eine größere Flexibilität zu erreichen, sollte die Neuentwicklung wenige Pixel zu autarken Modulen zusammenfassen, die wie bei einem Baukastensystem beliebig angeordnet und im Fehlerfall auch getauscht werden können. So wurden die Ladungsverstärker zu Zweiergruppen zusammengefaßt (Abb. 11). Jeweils zwei dieser Baugruppen sind mit einer Diodenplatine verbunden, die also vier Dioden trägt. Die Anordnung ist U-förmig: Der schmale Diodenträger wird flankiert von den beiden senkrecht dazu stehenden Ladungsverstärkern (Abb. 14).

Der 'kalte' Teil soll separat vom 'warmen' gekühlt werden können. Jedoch muß auch vom 'warmen' Teil Verlustleistung abgeführt werden, die zum größten Teil vom Leitungstreiber umgesetzt wird. Das ganze System befindet sich im Vakuum, eine Wärmeabfuhr durch Konfektion ist nicht möglich. Also wird dieser Teil durch eine mit Kühlwasser temperierte Platte bei der Wärmeabfuhr unterstützt.

Die Vorteile des FHL-Detektors sind also:

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