Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen
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6. Simulationen<br />
Um einen zielgerichteten Optimierungsprozess zu ermöglichen, werden neben rein<br />
analytischen Rechnungen auch numerische Simulationen verwendet. Im Speziellen<br />
handelt es sich dabei um elektrische Simulationen des Verstärkers, die mit Hilfe<br />
von Spice 1 durchgeführt werden, um Anhaltspunkte für mögliche Verbesserungen<br />
und ungenutzte Potentiale zu erhalten, bevor die Bestückung <strong>der</strong> Platinen von<br />
Hand geän<strong>der</strong>t wird. Des Weiteren wird mit dem Programmpaket Geant4 eine<br />
physikalische Simulation <strong>der</strong> Energiedeposition kosmischer Myonen in einem BGO-<br />
Kristall erstellt.<br />
6.1. Elektronik-Simulationen mit SPICE<br />
Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Elektronik-Simulationen verwendet. Diese<br />
basieren auf <strong>der</strong> kompletten Liste aller verbauten Elemente, parasitäre Effekte<br />
durch Leiterbahnen o<strong>der</strong> ähnliches werden vernachlässigt. Ziel <strong>der</strong> Simulationen ist<br />
einerseits die Begutachtung <strong>der</strong> entstehenden Pulsform und des Verstärkungsfaktors<br />
A Q = V test /Q test , sowie des zu erwartenden Rauschens Q n , an<strong>der</strong>erseits soll die<br />
Stabilität <strong>der</strong> Schaltung evaluiert und die Neigung zur Selbst-Oszillation minimiert<br />
werden. In den hier gezeigten Simulation werden die Parameter verwendet, welche in<br />
<strong>der</strong> vorläufigen Produktionsversion <strong>der</strong> Verstärker benutzt werden. Diese sind in Tab.<br />
5.2 zu sehen.<br />
6.1.1. Pulsformung<br />
Die erste Simulation verwendet ein Abbild des realen Verstärkers, bei dem die<br />
PIN-Diode durch eine Kapazität und eine Stromquelle ersetzt wird, sodass sich<br />
<strong>der</strong> Strom durch ein absorbiertes Teilchen nachbilden lässt 2 . Der verwendete schematische<br />
Schaltplan befindet sich im Anhang A.1, wie auch die daraus erzeugte<br />
Netzliste A.1 und die Parameterliste A.2. Das Ergebnis dieser Simulation ist die<br />
Sprungantwort des Verstärkers, wie man sie in Abb. 6.1 sehen kann, aus <strong>der</strong> sich<br />
Ladungsverstärkung A Q , Dauer bis zum Pulsmaximum T P und Pulslänge 3 ablesen<br />
lassen. Die Pulsform wird weiter verwendet, um nach Abschnitt 2.6.6 das Rauschen<br />
des Verstärkers vorherzusagen. Dazu sind die bekannten Parameter <strong>der</strong> Bauteile<br />
1 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis<br />
2 Dieser muss nach <strong>der</strong> Zeitkonstante von BGO einer Exponentialfunktion folgen.<br />
3 Die Pulslänge wird hier nicht näher definert, sie dient nur <strong>der</strong> Orientierung, bei welchem Pulsabstand<br />
sog. Pile-Up auftritt<br />
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