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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hochspannungsverstärker realisieren


Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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Servus mitteinand,

ich überlege mir gerade wie ich einen Hochspannungsverstärker bauen 
kann. Die Eingangsspanung liegt bei 5V und soll um den Faktor 30 auf 
150V verstärkt werden. Das in beide Richtungen, also bipolar. Strom 
30mA, Frequenz unter 100kHz. Ist zum vorspannen von einem Piezo.

Bisher habe ich eine Lösung mit einem PowerOpAmp (PA82J) aber der kostet 
ca. 200€ und ich will mir nicht für einen Prototypen so einen kaufen, 
der dann nicht geht...

HAt jemend eine Lösung mit Opamp und passender Endtufe parat? Kann ich 
so was mit einer einfachen AB-Endstufe machen?


Gruß und Danke

Philipp

Autor: MaWin (Gast)
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150V ist nun sicher keine Hochspannung, Röhrenschaltungen brauchten eher 
mehr.
4.5 Watt schafft gar noch der eine oder andere OpAmp wie leider viel zu 
teure PA81, leider nicht der billige OPA454.
Für die Piezo-Ansteuerung gibt es viele Bauvorschläge im Netz, mit 
unterschiedlichen Methoden (MOSFET oder bipolar, echte AB-Endstuife oder 
trickreich die Ansteuerung als low sie verwendet), bekannt z.B. der aus 
Horowitz/Hill Art of Electronics.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Du musst einen der monolythischen Verstärker von Apex nehmen. Die sind 
viel preiswerter. PA240?

http://www.cirrus.com/en/products/apex/index.html

Autor: oszi40 (Gast)
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Solange keine Gleichspannung sondern 100 kHz im Gespräch sind, könnte 
man auch mal über einen geeigneten Trafo oder besser Ferritkern 
nachdenken?

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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DC muss da eben auch rüber, vor allem da ich einen Piezo damit in der 
Länge variere.

Der PA240 schaut echt gut aus, besonders da er nicht viel kostet. Ich 
frag mich warum der PA82J dann so viel mehr kostet, aber egal.

Hat die Schaltung aus Art of Electronic mal jemand nachgebaut?

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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aja, ich habe dafür auch mal bei Traco Power angefragt, ob die ein 
passendes Hochspannungsnetzteil haben, es gab da was mit +-180V und 
30mA. Für 250€. Hat dafür jemand eine alternative?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Apex Verstaerker haben teilweise unterschiedliche Preise aufgrund 
des Rauschen, aufgrund der Verlustleistung. Alternativ koenne man auch 
einen Videoverstaerker vewenden, zB einen TDA6101Q, muesste da aber 
Kompromisse bei der Spannung machen.

Ich verwend auch den PA240 fuer Piezos. Seltsamerweise sind meine Piezos 
strikt unipolar, gehen kaputt bei falscher Polung.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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hm, ja das mit der polung ist so eine sache. ich glaub das muss ich mir 
noch genauer anschauen, bisher hieß es das muss bipolar sein.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Guck mal in der AN86 von Linear Technology auf Seite 39 nach, dort 
findest du einen solchen Verstärker.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> Ich frag mich warum der PA82J dann so viel mehr kostet, aber egal.

Weil das ein Aufbau mit diskreten Transistoren und aufgedruckten 
Widerständen auf einem Keramiksubstrat ist (Hybrid). Zusätzlich muss 
dann auch noch ein Abgleich aller Widerstände mit dem Laser gemacht 
werden. Die Verpackung in einem TO-3 ähnlichen Gehäuse ist dann auch 
noch teuer.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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So jetzt hab ich mir den PA240 mal angeschaut. da gibs net appnote von 
Apex/cirrus wo die berechnung eines piezotreibers drin ist. Wenn ich mir 
den maximalen strom ausrechne, komme ich auf 5,1A und das bei schon 
1kHz. Ich würde gerne bis min. 10kHz kommen, da muss ich dann fast einen 
Amp mit einem so großen strom nehmen, oder?

der piezo hat ein C von 2,75µF, max 180V. Ich will mit dem nicht fahren, 
also nicht mit 10kHz von einem Anschlag zum anderen fahren, jediglich 
eine Längenänderung auregeln.

Hat da noch jemend einen Tip?

Danke und Gruß

Philipp

Autor: MaWin (Gast)
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> komme ich auf 5,1A würde gerne bis min. 10kHz kommen

Vorhin sagtest du:

> Strom 30mA, Frequenz unter 100kHz

Weisst du eigentlich was du brauchst ?
Fällt das jetzt unter Lernphase, daß hinterher alles anders ist als 
vorher ?

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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das erste war ein richtwert, den man mir gab. jetzt hab ich 
nachgerechnet und komme auf ganz was anderes. entweder der pieto hat gar 
keine so große kapazität, glaub ich aber nicht, so stehts im DB ja auch 
drin. Von den 100kHz hab ich mich be der Rechnung schon verabschiedet...

Autor: MaWin (Gast)
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5.1A und 10kHz (oder 25A und 50kHz) bei +75V/-75V
sind durchaus die Pegel und Leistungen, die fertige
kommerzielle Audioverstärker erreichen können, und
die arbeiten teilweise auch an Piezolautsprechern,
können solche Lasten also i.A. ab.

Wenn dich der Drift nicht stört, könntest du die
auf Durchreichung von Gleichspannung umbauen (oder
erkennen daß Gleichspannung gar nicht notwendig ist)
und einfach solche fertigen Verstärker nehmen.

Neu möge sie zwar auch 200 EUR kosten, aber oft steht
so was rum.

Autor: Daniel S (Gast)
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Zur Schwingungsvermeidung ist dann aber ein ohmscher Vorwiderstand von 
einigen Ohm erforderlich. Die Endstufen in Spannungs-Gegenkopplung mögen 
rein kapazitive Lasten garnicht.

In der Regel ist es leicht möglich, diese Geräte zu 
Gleichspannungsverstärker umzubauen. Koppelelkos sind unüblich und nach 
Kontrolle der Schaltung meist entfernbar. Dann wäre noch die 
Schutzschaltung zu überlisten.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Also. Niemand blaest Ampere in einen Piezo, ohne dass dieser abraucht. 
Ueblicherweise benoetigt man eine Grosssignalbandbreite von unter einem 
KiloHertz. Und oben drauf ist irgendwelches Signal im MilliVolt Bereich 
von bis zu 20kHz. Falls es trotzdem passiert, dass mehrere Volt im 
Bereich von ueber 20kHz auf das System gelangen, geht ueblicherweise die 
Befestigung des Piezos kaputt. Auch der zaeheste Epoxykleber wird 
zermuerbt. Daher hat man einen Widerstand im Serie, der die Bandbreite 
des Piezos auf 1/RC < Resonanzfrequenz zuruecknimmt. Dh die 60mA eines 
PA240 sind genuegend. Ich hatte jeweils 33 Ohm oder so.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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hey super, vielen vielen Dank für die Infos.

Ich denke das rechenbeispiel war da eher für einen Piezotisch oder so 
was. ok, dann werd ich den PA240 nehmen, der sieht auch in der 
simulation recht gut aus!

Danke nochmals

gruß

philipp

Autor: Daniel S (Gast)
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Das lässt sich allgemein so nicht sagen.

In der abstandsmessenden Ultraschallsensorik wird z.B. bei 120kHz mit 
Spannungen von um die 100V bei Strömen von 1A gearbeitet. Das sind dann 
Piezotabletten in der Größe D=15mm*h=2mm. Wichtig ist nur, dass die 
Polarisationsspannung nicht überschritten wird. Der Strom ist dagegen 
kein Problem, wenn die aufgesputterte Leitschicht hierfür ausgelegt ist. 
Bei Ultraschall-Reinigern sind Ströme im Amperebereich üblich. Bei 
Schweißanwendungen auch. In der Antriebstechnik kann das variieren.

Autor: MaWin (Gast)
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> Der Strom ist dagegen kein Problem,
> wenn die aufgesputterte Leitschicht hierfür ausgelegt ist

Na ja, ich hab schon Piezos wegen Leistungsüberschreitung
kaputtgekriegt (Riss im Material), obwohl die Spannung
nicht überschritten wurde.

Autor: Daniel S (Gast)
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Das hängt definitiv von der Auisführung und der Applikation ab. Ein 
Piezo-Signalgeber ist für andere Ströme ausgelegt als ein Common-Rail 
Injektor.

Da er allerdings 3µF geschrieben hat und nicht 3nF, muss es sich 
definitiv um eine leistungsstarke Anwendung handeln.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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Ha, Leistungsstark, eben nicht. dann wärs ja aufregend

Der pieze bewegt einen kleinen Goldspiegel der als endspiegel eines 
laseroszillaotrs dient hin und her. der speigel wiegt so gut wie nix. 
nur brauch ich halt einen "großen" weg und daher kam dieser piezo 
zustande.

Ich glaub es war dann eh so, dass der grad rumlag und schon mal für so 
was ähnliches hergenommen wurde, desshalb ham mer wieder den genommen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Fuer einen Laserspiegel benoetigt man wie gesagt nicht die 150Vpp bei 
der maximalen Frequenz, sondern DC bis sub-kHz. Man sollte nicht 
versuchen einen luftgefederten Tisch mit einem Piezo zu ersetzen. Das 
mechanische Rauschen im Audiobereich ist auf einem luftgefederten Tisch 
um eine ganze Groessenordnung kleiner. So ganz nebenbei. Wenn man's noch 
besser machen will, kommt eine schalldaemmende Haube ueber den Aufbau.

Worum geht's denn ? Stabilisation einer Linie oder Modenlocken ?

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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am ende wird die faser vergossen und temp stabil. nur das kleine stück 
vom kollimator bis zum spiegel bleibt frei. aufgebaut wirds auf nem 
luftgepolstertem tisch.

das ding sollte halt ein bisschen universeller sein, nicht nur für diese 
eine anwendung

Autor: MaWin (Gast)
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> das ding sollte halt ein bisschen universeller sein

Sehr vernünftige Anforderung.
Wir wissen zwar noch nicht wozu wir's brauchen,
aber wir verbasteln mal den alten Schrott
und erzwingen uns teure Lösungen  die wir niche brauchen
und setzen dazu Leute ein die damit überfordert sind.

Gebastel statt Berechnungen,
ist das das neue Niveau der deutschen Forschungsindustrie ?
Vermtulich outgesourct.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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ich bau parallel zur pa85 schaltung mal die aus dem art-of-electronic 
auf. die wäre von den kosten her unter 10€ und laut PSPICE funktioniert 
die im DC Fall sehr linear. den AC Fall versuche ich dem simulator grad 
noch zu erklären, da mag er noch nicht so.

wenn ich ergebnisse habe, meld ich mich wieder,

servus und danke an alle

gruß

philipp

Autor: Thomas S. (thomas_s74)
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Ganz banale Antwort: Probiers doch einfach mit nem simplen Push Pull 
Verstärker aus einem PNP und einem NPN Transistor. Die Transistoren 
selbst kannst du ja mit nem schwachen Verstärker steuern. Wieso immer 
kompliziert, wenns auch einfach geht? Schaltplan habn ich drangehängt.

MFG
Thomas

Autor: MaWin (Gast)
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> immer kompliziert, wenns auch einfach geht

Weil
a) sein Eingangssiognal nicht 150V gross ist
und
b) diese Schaltugn eine Totzone hat, er jedoch seine Piezos nicht so 
schlackern lassen will, sondern feinfühlig langsam leicht hoch und 
runter steuern möchte.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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so,

ich habe jetzt die schaltung mit dem PA240 und der discreteren version 
aus dem Art-of-Electronic simuliert.

Der PA240 ist recht schnell, und ist extern kompensierbar, was schon mal 
gut ist find ich. Die discrete Lösung ist etwas langsamer, liefert aber 
bedeutend mehr strom (klar, externer MOSFET) aber wahrscheinlich auch 
billiger. Als OPV nehm ich den OPA27.

Also bisher sehe ich nur die besagten unterschiede, mal schauen was der 
prototyp sagt. Den Piezo mess ich noch mal aus, ich möcht schon wissen 
wo der 3uF haben soll...

Gruß

Philipp

Autor: MartinSche (Gast)
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Um den Thread nochmal zu beleben:

Muss auch einen Piezo (Eckdaten: 200V, max. Strom noch nicht 
klar)ansteuern.
Das mit den Verstärkern von Apex ist soweit ganz nett, was ich von der 
Theorie her aus dem Datenblatt rauslesen kann.

Meine Frage ist jetzt nur: Wie erzeugt ihr die 200V Gleichspannung?
230V Stromnetz gleichrichten und Spannungsregler oder sowas?

Würde mich über eure Vorschläge sehr freun!


Gruß, Martin

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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MartinSche schrieb:
> Meine Frage ist jetzt nur: Wie erzeugt ihr die 200V Gleichspannung?
>
> 230V Stromnetz gleichrichten und Spannungsregler oder sowas?

So in der Art. An guten Tagen investieren wir noch in einen Trafo.

Autor: MartinSche (Gast)
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Ja Trenntrafo, aber Übertragungsverhältnis 1:1

Könnt ihr mir da einen passenden Spannungsregler(also von sqrt(2)*230V 
auf 200V) nennen? Der Wirkungsgrad ist mir relativ egal...



Danke!

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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MartinSche schrieb:
> Ja Trenntrafo,

ja.

> aber Übertragungsverhältnis 1:1

natürlich nein.


> Der Wirkungsgrad ist mir relativ egal...

Merkt man deutlich an der Art Deiner Antwort.

Autor: MartinSche (Gast)
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Es soll ein Gerät für experimetelle Zwecke werden, deshalb ist der 
Wirkungsgrad nicht so wichtig. Ich wollte damit sagen, dass ein lineare 
Regler ausreichen würde. Leider ist mir im Moment nur ein Regler bis 
120V bekannt.

Wie hast du es den genau gemeint mit dem Trafo?
Mein Ansatz wäre gewesen:
Trenntrafo zur galvanischen Entkopplung der am Ausgang wieder 230V AC 
hat und ich das dann gleichrichte.
Deine sarkastische Antwort lässt mich drauf schließen, dass das keine 
gute Idee ist. Wie würdest du es den machen?

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ich hab mal einen Hochsetzer mit einem LTC1683 gebaut. Der kleine 
Ferrittrafo, Groesse E20, braucht ein paar Anlaeufe. Denn das 
Windungsverhaeltnis von 20:1 ist nicht so trivial bei 50kHz. Seither 
verwend ich die.
Vorher hab ich mir jeweils ein Linear Netzteil von RS Components 
reingezogen. Das 200V Teil gibt's aber nicht mehr, da sie's nicht in 
RoHS hinkriegten. Es hatte einen LM723 drauf.

Autor: Philipp Putzer (putzer_philipp)
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wenns nur um die bereitstellung der hochspannung geht, würd ich einen 
DCDC Wandler von Traco nehmen. Die nennen sich MHV. Liefern allerdindgs 
recht wenig Strom. Da du nichts von der Leistung schreibst würd ichs mal 
mit dem versuchen.

Leider kostet das Ding (also meiner mit 180V) ca. 150€

Autor: MaWin (Gast)
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> Könnt ihr mir da einen passenden Spannungsregler
> (also von sqrt(2)*230V auf 200V) nennen?

VB408.

Aber wenn du schon einen Trafo hast,
warum dann nicht gleich den richtigen Trafo nehmen,
so mit 140V Wicklung ?

Klär aber erst mal den Strombedarf,
denn ein Piezo mit 100kHz wie Philipp Putzer
braucht dann doch deutlich mehr als ein paar MIlliamopere.

Und wenn du schon eine OpAmp ähnliche Regelung der
Piezo-Spannung hast, wozu dann noch die Betriebsspannung
regeln ? Betrachte den Netzteilregler gleich als einstellbare
Spannungsquelle mit der Ausgangsspannung für deinen Piezo.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Ein LM723 kann soe eine Regelung machen. Mit externem Transistor.

Autor: MartinSche (Gast)
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Hallo!

Erstmal vielen Dank für eure Antworten! Ich muss die jetzt erstmal 
häppchenweise verdauen!

Kennt ihr vielleicht Literatur die sich mit der Ansteuerung von Piezos 
beschäftigt?

Die Arbeit ist Bestandteil meiner Diplomarbeit und ein ordentliches 
Einarbeiten liegt noch vor mir. Insofern bin ich für jeden Hilfe 
dankbar!


Viele Grüße, Martin

Autor: Benito (Gast)
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Hallo,

eigentlich ist die Arbeitsweise beim Anfertigen einer Diplomarbeit eine 
andere:
Thema erhalten->Einarbeiten->Simulieren/Testen->evtl. Rücksprung zu 
Einarbeiten/Hilfe suchen->Aufbau fertigstellen->Arbeit schreiben

Du rufst gleich als erstes laut um Hilfe und suchst Schaltungen, ohne zu 
wissen, was du eigentlich willst.

Trotzdem noch ein Tip von mir: Es gibt nicht sonderlich viele Hersteller 
von Piezoaktoren für wissenschaftliche Anwendungen. Zwei große 
Hersteller kommen aus Deutschland:
Piezo Jena (sehr nette, hilfsbereite Leute!), PI Physik Instrumente

Bei beiden findest du online Unmengen an Informationen, die die 
Ansteuerung eines Piezoaktors betreffen. PI schickt einem auf Anfrage 
einen Katalog, rund ein viertel darin ist Theorie!

Gruß

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Benito schrieb:
> eigentlich ist die Arbeitsweise beim Anfertigen einer Diplomarbeit eine
>
> andere:
>
> Thema erhalten->Einarbeiten->Simulieren/Testen->evtl. Rücksprung zu
>
> Einarbeiten/Hilfe suchen->Aufbau fertigstellen->Arbeit schreiben

Dieses Vorgehen gilt als veraltet, denn es stammt aus der "Vor 
Guttenberg" Zeit.


Alle, die heutzutage was auf sich halten, LASSEN schreiben.
Bzw. fragen so kompromisslos an wie MartinSche .
Weitere Belege finden sich dazu bei C- und F- Parteien.

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