Endstufe 1kV mit Übertragungsbereich ab DC

Darf ich fragen wozu Du das brauchst?
Willste mit einem 4-Ohm-Lautsprecher in den Megawatt-Bereich vordringen? 
;)

Ben _ schrieb:
> Darf ich fragen wozu Du das brauchst?
> Willste mit einem 4-Ohm-Lautsprecher in den Megawatt-Bereich vordringen?

Mit ein paar mA wird das schwierig :)
Nein, ich möchte ein wenig mit den Piezokernen von Pollin 
experimentieren.

Uwe schrieb:
> Guck doch mal bei APEX (http://www.apexanalog.com/)
> z.B. der PA89  http://www.apexanalog.com/apex-products/pa89/
Danke für den Tipp. Das wäre in der Tat die einfachste Lösung, aber für 
ein paar Experimente ist mir so was doch ein wenig zu teuer...
Es wird wohl auf eine diskrete Schaltung in irgendeiner Form 
hinauslaufen.

Naja, im Prinzip funktioniert das wie bei einer Audio-Endstufe, daher 
die Frage. Nur eben mit entsprechend spannungsfesten Bauteilen... 3kV 
IGBTs oder so sollten es schon sein.

2x1kV erzeugen, symmetrisch verschalten und dann eine entsprechend 
spannungsfeste class-AB Endstufe da dran. Oder wenn die Verlustleistung 
egal ist, dann eine class-A Endstufe - ist vielleicht einfacher...

Ben _ schrieb:
> 3kV IGBTs oder so sollten es schon sein.
Nur sind Transistoren für hohe Spannungen und kleine Ströme nicht zu 
kriegen. Die erwähnten 3kV-IGBTs sind sicher auch lustig zu treiben und 
einen Verstärker zu bauen, bei dem alle Transistoren eine solche 
Gatekapazität haben, der aber trotzdem schön flink sein soll, trau ich 
mir momentan nicht zu.
Daher die Idee der Kaskade aus einem Haufen kleinerer Transistoren 
(MPSA42 würde mir spontan einfallen). Das gibt dann zwar ein ziemliches 
Transistorengrab, sollte doch aber funktionieren, oder?

ArnoR schrieb:
> 1,3nF
Die Pollin-Piezokerne haben nie und nimmer 1,3nF. Hier ist die Angabe 
von Pollin einfach schlichtweg falsch.

Mir fällt für sowas spontan der uralte BU 208 ein.

Ich wuerd mir was mit einer Roehre ueberlegen..

Elf von Dreizehn schrieb:
> Ich wuerd mir was mit einer Roehre ueberlegen..

Genau. Die Idee kam mir auch gerade. Eine große, spannungsfeste Pentode 
oder eine Sendetetrode von Oppermann. Mehr oder weniger 
Klasse-A-Verstärker mit Halbleiter-Gegenkopplung (OPV).

Genau diese Idee hatte ich auch schon :D
Ich hab mir deshalb mal GP5 von Pollin bestellt (die Frage treibt mich 
schon länger rum), die scheinen die einzigen Röhren dort zu sein, die 
eine ausreichende Spannungsfestigkeit besitzen. Allerdings braucht man 
bei denen eine ziemlich hohe Anodenspannung, um die 2mA (ich wollte das 
Maximum schon ausschöpfen) erreichen zu können. Im Versuch hatte ich bei 
5kV erst einen Strom von 0,5mA. Das würde heißen, dass ich mit ziemlich 
hohen Spannungen hantieren muss.
Natürlich ist das nur ein Beispiel, aber ich nehme einfach mal an, dass 
das bei den ganzen TV-Röhren nach Art der GP5 genau so sein wird, da sie 
für den Einsatz bei wesentlich höheren Spannungen konstruiert sind. Wenn 
jemand aber eine konkrete Empfehlung für eine Röhre hat, bin ich ganz 
Ohr...

Jonas R. schrieb:
> Im Versuch hatte ich bei
>
> 5kV erst einen Strom von 0,5mA.

Wie hoch war dabei die Steuergittersonnung?

Gitter und Kathode waren verbunden, da ich nicht mit positiver 
Gitterspannung arbeiten möchte. Natürlich wäre das eine Möglichkeit, 
aber das Datenblatt gibt auch keine Angabe zum maximal verträglichen 
Gitterstrom her.

Eine GP5 habe ich auch. Ich glaube nicht dass diese sich gut dafür 
eignet. Lau Datenblatt ist diese bis 30 kV ausgelegt, bei relativ 
geringem Anodenstrom. Du müßtest schon einige davon parallel schalten.

Die GP5 eignet sich wohl am besten für "Experimente" mit 
Röntgenstrahlung ;-)

PA97 72€
http://www.sander-electronic.de/be00013.html
Versorgungsspannungsbeispiele: +/-450V oder -30V/+870V
Wenn du zwei nimmst und den Piezo dazwischen hängst schaffst du +/-850V.

Hallo Jonas,

IGBT's würde ich nicht für "lineare" Anwendungen einsetzen,
die meisten sind für Schaltanwendungen gezüchtet und gehen im linear 
Betrieb "hops".

MOSFET's gibt es mittlerweile ebenfalls bis 4kV und >300mA.
Diese haben noch die Vorteile das sie eine gewisse Avalanche Festigkeit 
aufweisen
und bezahlbar erhältlich sind. 1.2kV MOSFET ist heute "problemlos" und 
schaltet auch
>100kHz.

Wie wäre es mit einer Class-A Endstufe mit 2.5kV MOSFET :-)
Im tiefen mA Bereich durchaus machbar...


Gruss RichardK

Vielen Dank für die vielen hilfreichen Antworten!

Richard Kocsis schrieb:
> MOSFET's gibt es mittlerweile ebenfalls bis 4kV und >300mA.
Das klingt vielversprechend. Ich werde mich vielleicht mal nach ein paar 
Typen umsehen.

Helmut S. schrieb:
> PA97 72€
> http://www.sander-electronic.de/be00013.html
> Versorgungsspannungsbeispiele: +/-450V oder -30V/+870V
> Wenn du zwei nimmst und den Piezo dazwischen hängst schaffst du +/-850V.
Bei einer Brücke käme ich mit zwei Klasse-A-Endstufen mit einem 
Zeilentransistor wohl genauso weit. Dann muss ich aber meinen bisherigen 
Plan vom Aufbau umschmeißen, weil ich bis dato von einer einseitigen 
Erdnung ausgegangen bin. Ich behalte aber einen Betrieb als Brücke im 
Auge, womöglich ist er doch die bessere Lösung. Und ehrlich gesagt sind 
mit 72€ immer noch zu teuer ;)

Marek N. schrieb:
> Sonst schau mal in den Horrowitz/Hill, da gibts ne Schaltung für nen
> Piezo-Treiber bis 600 V.
Steht bei mir leider nicht im Regal...

reflex schrieb:
> geht auch billiger:
> http://www.edn.com/design/analog/4329148/High-volt...
> ca. 200khz. Da steht zwar AC, aber DC wird da wohl auch verstärkt werden
> können.
Vielen Dank für diesen Link! Diese Schaltung gefällt mir. Hier könnten 
auch gut erhältliche Transistoren zum Einsatz kommen. Ich werde mich 
wohl in den nächsten Tagen nach passenden Transistoren umsehen und etwas 
simulieren. Mit der Kompensation werde ich wohl meine Freude haben, so 
wie das aussieht...

Sonargast a.D.: Das kann ich mir sehr gut vorstellen. Versuche in die 
Richtung werde ich auch noch machen (mit einem kleinen Übertrager an 
einer einfachen MOSFET-Endstufe). Serienresonanz stelle ich mir auch 
spaßig vor.

Aber hier geht es mir vor allem um die Gleichspannung. Ich möchte 
einfach mal sehen, wie sich die Dinger als Aktoren machen. Das da nur 
ein minimaler Hub rauskommt, ist mir klar, aber für Experimente muss es 
reichen.

Tut mir leid, dass ich nicht früher antworte, aber es ging leider nicht 
anders.

Mittlerweile denke ich doch, dass eine Brückenlösung wohl die einfachere 
ist. Dann reicht eine einfache Betriebsspannung aus, die zudem noch 
niedriger sein darf. Ich dachte mir zweimal Klasse A aus einem MOSFET 
wie dem IRFBG30 (gibts bei Reichelt) und einem hübschen Widerstand 
sollte reichen. Der Wirkungsgrad ist ja egal. Die Betriebsspannung hätte 
ich jetzt spontan auf 700V gelegt. Spricht da irgendwas dagegen?

Wobei ich mich eben frage, ob man da vielleicht nicht auch was in 
Richtung Klasse D anstellen könnte. Ich meine, einen zweiten solchen 
MOSFET isoliert anzusteuern (etwa über einen GDT) wäre ja kein allzu 
großes Thema. Dann würde nicht gar so viel in Wärme umgesetzt.

Jonas R. schrieb:
> Die Betriebsspannung hätte
> ich jetzt spontan auf 700V gelegt.

Habe gerade erst gemerkt, wie dämlich das eigentlich ist. Wenn ich +-1kV 
will, reichen natürlich keine 700V Betriebsspannung. Dann eben 1200V. 
Mal sehen, ob ich da noch MOSFETs finde. Ansonsten muss ich mir halt mit 
Kaskaden behelfen.

Ich hab mal ein wenig simuliert. Wäre erfreut über Kommentare.

Ein paar kleine Verbesserungen:
- Symmetrierung der beiden Transistoren wurde angepasst. Vorher musste 
der untere deutlich weiter durchsteuern. Hat die Signalqualität ein 
wenig verbessert
- Kompensation etwas straffer. Hier leidet natürlich auch die Bandbreite 
ein wenig.

Bislang kommt die Endstufe nicht so gut mit kapazitiven Lasten klar, wie 
man es sich wünschen würde. Dies ließe sich mit einem kleineren 
Arbeitswiderstand beheben, aber dann wird das Teil wirklich zu einer 
reinen Heizung. Hat jemand eine andere Idee? Ich bin momentan etwas 
ratlos, was das angeht.

Vielen Dank für die Antworten! Jetzt bin ich schon um einiges weiter. 
Die Kaskade hatte ich eingesetzt, weil ich bis dato keine Quelle für 
bezahlbare MOSFETs, die mehr als 1kV aushalten, gefunden habe. Mit einem 
einzelnen Halbleiter wäre natürlich alles einfacher. Hat jemand einen 
Tipp?

ArnoR schrieb:
> Das liegt daran, dass die Endstufe mit in der Gegenkopplung liegt und
> die Phasendrehung durch die Lastkapazität in der Schleife wirkt und zu
> groß wird.

Ja, das klingt durchaus logisch. Dennoch würde ich nur ungern auf die 
„Über-alles-Gegenkopplung“ verzichten, aus den Gründen, die auch Fritz 
genannt hat.

Fritz schrieb:
> Man kann aber auch die Drainwiderstände durch Stromquellen ersetzen,
> dann kommt man auch zu besserem kapazitiven Lastverhalten und die
> Rückkopplung über alles bleibt erhalten.

Wunderbar! Ich dachte auch schon an Stromquellen, aber traute es mir in 
Verbindung mit der Kaskadenschaltung nicht wirklich zu. Ich hätte die 
Schaltung damit vermutlich auch nur verschlimmbessert.

Fritz schrieb:
> Weiters habe ich die unnötigen U2 und U6 entfernt

Diese beiden OPVs waren eigentlich dazu angedacht, dass ich später den 
Rückkopplungszweig zuerst aufbauen kann und dann den Spannungsteiler in 
aller Ruhe kompensieren kann. Ich könnte dann am Ausgang des OPV die 
Spannung abgreifen und mit einer externen Signalquelle angenehm die 
Kapazitäten einstellen.
Außerdem habe ich dann einen Punkt, wo ich überprüfen kann, ob die 
Lastkapazität doch zu groß für den Verstärker ist und er zu verzerren 
beginnt.

Fritz schrieb:
> PS: wie komme ich am einfachsten aus LT_Spice zu einem .png-file?

Ich mache das mit Tools -> Copy bitmap to clipboard und einem 
Bildbearbeitungsprogramm.

Hallo zusammen,

nach längerer Pause gibt es nun mal wieder was von mir. Zuerst einmal 
möchte ich mich für die vielen Antworten bedanken. Ich habe mich aber 
dennoch nach langer Überlegung dazu entschieden, lieber auf Bandbreite 
zu verzichten, um eine kostengünstigere Endstufe zu erhalten. Wenn ich 
später mal mit höheren Frequenzen experimentieren möchte, werde ich 
wahrscheinlich eine zweite Endstufe mit einem Übertrager am Ausgang 
aufbauen (dort wird mir dann AC reichen).

Daher sind keine Stromquellen und MOSFETs für >1kV eingeplant, es wird 
vielmehr bei den Kaskaden bleiben. Die Sourcewiderstände habe ich aber 
eingebaut, sie haben bereits eine deutliche Verbesserung herbeigeführt. 
U2 und U6 bleiben wie bereits erwähnt zu Abgleichzwecken drin.

Gibt es noch Kommentare? Ich werde sowieso zuerst mal einen 
Spannungswandler bauen müssen, der mir 1,2kV bereitstellt (ich denke, an 
der Höhe der Versorgungsspannung gibt es keine Zweifel mehr, oder?).