Masterarbeit - Physikzentrum der RWTH Aachen

8. Fazit und Ausblick
Im Laufe dieser Arbeit konnten die bestehenden PIN-Dioden-Verstärker so weit
verbessert werden, dass 16 von ihnen stabil parallel betrieben werden können. Dies
ist die Hauptvorraussetzung dafür, das Kalorimeter im Verbund des Flugzeitspektrometers
während in eines Teststrahls einsetzen zu können. Hierfür musste die
virtuelle Masse der Operationsverstärker durch einen zusätzlichen Kondensator für
niedrigere Frequenzen vom Ausgangssignal entkoppelt werden. Um gemessene Daten
auswerten zu können, muss eine absolute Kalibration der Kalorimeterzellen möglich
sein. Es konnte an einer Kalorimeterzelle gezeigt werden, dass dies prinzipiell auch
mit radioaktiven Quellen möglich ist. Zuverlässig, aber stärker mit systematischen
Fehlern behaftet ist in diesem Fall jedoch die Kalibration durch kosmische Myonen.
Durch eine detalliertere Simulation dieser Messung sollte eine exaktere Kalibration
möglich sein. Dies muss aber nicht prinzipiell vor einem Strahlbetrieb geschehen,
da während eines Strahlbetriebs alle Rohdaten gespeichert werden und nur für
Einstellungs- und Überwachungszwecke eine vorläufige Kalibration nötig ist. Eine
erneute Bearbeitung dieses Kalorimeters erübrigt sich unter Umständen, da bereits
die nächste Iteration eines größeren Kalorimeters vorbereitet wird, welches später zur
Messung von Wirkungsquerschnitten in einem Kohlenstoffstrahl verwendet werden
soll. Für die Reduktion des Rauschens war zuerst eine eingehende Untersuchung
desselben notwendig. Während dieses langwierigen Prozesses wurden Ursachen des
Rauschens evaluiert, es wurde eine theoretische Beschreibung sämtlicher interner
Rauschquellen aus der Literatur zusammengestellt und ein Verfahren zur numerischen
Berechnung des Rauschen umgesetzt. Hierzu war eine vollständige Simulation der
Schaltkreise nötig, sodass das Spektrum der Quellen des Rauschen durch sämtliche
Verstärkerstufen hindurch propagiert werden und anschließend auf den Eingang
zurück projiziert werden konnte. Damit steht nun ein Instrument zur Verfügung, mit
dem sich eine große Gruppe von zeitinvarianten ladungsempfindlichen Verstärkern
auf die gleiche Art und Weise untersuchen lässt. Aus einer Reihe von Randbedingungen
lassen sich Parameter einer geplanten Schaltung durch ein einfaches Verfahren
optimieren, noch bevor ein Prototyp aufgebaut wird. Die Pulsform der Verstärker
wurde so angepasst, dass ein störender Überschwinger kompensiert wird. Dies ist
notwendig, da die verwendeten Ladungskonverter keiner positiven Eingangsspannung
ausgesetzt werden dürfen. Der positive Anteil der Pulse konnte leicht durch eine
Pole-Zero-Kompensation unterdrückt werden. Weitere Änderungen der Pulsform
lassen sich nun leicht mit Hilfe der Simulation evaluieren. Zusätzlich zur Simulation
des Verstärkers in der Zeitbasis existieren nun Simulationen der Schleifenverstärkung
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