Hallo zusammen! Ich benötige eine Endstufe, die eine Ausgangsspannung von +-1kV ausspucken kann. An Ausgangsstrom wären ein paar mA schön, zur Not kann ich aber auch mit einem mA und wenig auskommen. Das Problem an der Sache ist, dass das zu verstärkende Signal bei DC beginnt, sonst hätte ja auch ein einfacher Übertrager gereicht. Ich will Signale bis in den zweistelligen Kilohertzbereich verstärken, aber auch hier kann ich Abstriche machen, wenn es technisch nicht anders möglich ist. Die Versorgung der Endstufe ist flexibel, denn die Dimensioniere ich erst, wenn ich ein tragfähiges Konzept zur Endstufe selbst habe. Ich dachte zunächst an eine Kaskade aus vielen Transistoren plus Arbeitswiderstand. Hier wird allerdings die Ansteuerung schwierig, da Bezugspotential die negative Betriebsspannung ist, womöglich komme ich dann gar nicht ohne eine galvanisch getrennte Übertragung des Signals aus. Eine Gegentaktanordnung aus zwei solchen Kaskaden wäre natürlich auch möglich, aber (zumindest in meiner Vorstellung) nochmals um einiges komplexer. Hat irgendjemand hier eine Idee, wie sich soetwas geschickt lösen lässt? Zur Klarstellung: Ich erwarte nicht, dass es einfach wird, ich möchte nur nicht, dass ich das Problem unnötig kompliziert löse. Vielen Dank schon mal im Voraus für die Antworten!
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.
Guck doch mal bei APEX (http://www.apexanalog.com/) z.B. der PA89 http://www.apexanalog.com/apex-products/pa89/
> Nein, ich möchte ein wenig mit den Piezokernen von Pollin > experimentieren. Na dann wohl doch kein APEX
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...
Jonas R. schrieb: > 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... Ich hab gerade mal nachgeschaut, für den PA89 will Digikey 582€... Sozusagen ein Schnäp(p?)chen! :-)
> ich möchte ein wenig mit den Piezokernen von Pollin > experimentieren. > eine Ausgangsspannung von +-1kV > Signale bis in den zweistelligen Kilohertzbereich > mit einem mA und wenig auskommen Hast du auch mal etwas gerechnet? Bei 33kHz, 1kV und 1,3nF brauchst du einen Verstärker der 200V/µs und 260mA Ausgangsstrom liefert. Da wäre auch der PA89 überfordert.
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.
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 ;-)
Bitteschön: http://www.matsusada.com/high-voltage/ams/ Ob du es bezahlen möchtest ist eine andere Frage. Sonst schau mal in den Horrowitz/Hill, da gibts ne Schaltung für nen Piezo-Treiber bis 600 V. MOSFETs bis 1500 V sind erhältlis, ließe sich also skalieren.
geht auch billiger: http://www.edn.com/design/analog/4329148/High-voltage-amplifier-uses-simplified-circuit ca. 200khz. Da steht zwar AC, aber DC wird da wohl auch verstärkt werden können.
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...
Von diesen Pollin-Piezokernen hatte ich mir auch mal nen Sack voll bestellt. Ich wollte mir einen Komposit-Ultraschallschwinger bauen, bin aber noch nicht dazu gekommen. Die liegen so um die 100kHz und ca. 30pF habe ich auf dem Vielfachmesser angezeigt bekommen. Ultraschallimpulse erzeugen sich aber einfacher mit ner Hochspannung aus einem einfachen Sperr- oder Gegentaktwandler. Dann als Schalter einen Thyristor, über einen Schalenkernübertrager auf den Schwinger, das gibt einen ganz schönen Hieb.
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.
Ahh, ja da wurde mal von einer Uni ein Rastertunnelmikroskop entwickelt, da gabs sogar irgendwo Schaltpläne. Die haben dort solche kleinen Piezos als Aktoren genommen. Sehr interessant!
Also, ich wuerd die Hochspanuungs Piezos in die Tonne dreucken und mit Niederspannungsstacks arbeiten. Da ist man mit 150V unipolar dabei. Und erreicht je nach Typ auch 10um
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.
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Ich hab mal ein wenig simuliert. Wäre erfreut über Kommentare.
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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.
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> Bislang kommt die Endstufe nicht so gut mit kapazitiven Lasten klar, wie > man es sich wünschen würde. 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. > Dies ließe sich mit einem kleineren Arbeitswiderstand beheben, aber dann > wird das Teil wirklich zu einer reinen Heizung. Ja, der Pol durch die Lastkapazität verschiebt sich dadurch noch oben. Hat jemand eine andere Idee? Ja. Die Endstufe aus der Über-Alles-Gegenkopplung rausnehmen und mit partieller GK linearisieren. Dann kann man beliebige Lastkapazitäten anschließen. Siehe Anhang. Die Linearität ist sogar deutlich besser als in deiner Schaltung. Außerdem würde ich keine Kaskadenschaltung einsetzen, obwohl die partielle GK auch dort funktioniert.
Man kann aber auch die Drainwiderstände durch Stromquellen ersetzen, dann kommt man auch zu besserem kapazitiven Lastverhalten und die Rückkopplung über alles bleibt erhalten. Weiters habe ich die unnötigen U2 und U6 entfernt und spannungsfestere Mosfets eingesetzt. PS: wie komme ich am einfachsten aus LT_Spice zu einem .png-file?
> Man kann aber auch die Drainwiderstände durch Stromquellen ersetzen, > dann kommt man auch zu besserem kapazitiven Lastverhalten und die > Rückkopplung über alles bleibt erhalten. Das hat aber enge Grenzen. Klar, die recht hohe Verstärkung von 101 schafft einigen Spielraum für Phasendrehung in der Schleife, aber beliebig große Lastkapazitäten sind nicht möglich. Übrigens sollte man noch einen kleinen Kondensator über den 3M-Gegekopplungswiderstand legen.
ArnoR schrieb: > Das hat aber enge Grenzen. Klar, die recht hohe Verstärkung von 101 > schafft einigen Spielraum für Phasendrehung in der Schleife, aber > beliebig große Lastkapazitäten sind nicht möglich. Beliebige Lastkapazitäten sind auch in deiner Variante ohne Gegenkopplung über die Endstufe zwar möglich, aber deine Ausgangsspannung bricht entsprechend dem Tiefpassverhalten von Drain-Rs und Last-C zusammen. Weiters muß man auch noch eine Arbeitspunkteinstellung der beiden Endstufentransistoren vornehmen, die hast du in deinem Plott nicht eingezeichnet. Das ganze soll ja auch DC funktionieren. An die Genauigkeit darf man auch keine großen Ansprüche stellen. ArnoR schrieb: > Übrigens sollte man noch einen kleinen Kondensator über den > 3M-Gegekopplungswiderstand legen. Ja das stimmt, muß man halt noch mehr detailieren.
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.
Jonas R. schrieb: > Mit einem > einzelnen Halbleiter wäre natürlich alles einfacher. Hat jemand einen > Tipp? Den von mir angeführten STW3N150 gibst bei Mouser, Farnell und RS-Components lagernd zu ca. 5€ - 6€ pro Stk.
> Dennoch würde ich nur ungern auf die „Über-alles-Gegenkopplung“ > verzichten, aus den Gründen, die auch Fritz genannt hat. Ja zugegeben, die Über-alles-GK hat in statischer Hinsicht unbestreitbare Vorteile. Aber ich hab die Schaltung (nur eine Hälfte) von Fritz mal simuliert und es zeigte sich, dass die Schleifenverstärkung durch den Mosfet stärker erhöht wird, als sie durch die eingestellte Verstärkung abgesenkt wird. Dazu kommen noch die Phasendrehungen durch den Mosfet und die Last. Die Schaltung ist also so instabiler als der TL084 allein. Daher schlage ich vor, den Mosfet mit einem möglichst großen Source-Widerstand gegenzukoppeln. Damit kann man die Schleifenverstärkung soweit absenken, dass die Schaltung richtig gut wird.
ArnoR schrieb: > Daher schlage ich vor, den Mosfet mit > einem möglichst großen Source-Widerstand gegenzukoppeln. Damit kann man > die Schleifenverstärkung soweit absenken, dass die Schaltung richtig gut > wird. Habe das gerade versucht, klappt aber glaube ich nicht so richtig. Wenn ich einen Sourcewiderstand hinzufüge reduziere ich nur dann die Schleifenverstärkung wenn am Drain auch ein Widerstand hängt und nicht eine Stromquelle. Verstärkung der MOSFETS alleine ist grob (nehme ich jetzt einmal an) v = Rdrain / Rsource Wenn jetzt Rdrain -> Unendlich (wegen Stromquelle) dann bringt das nichts!? Kommentare?
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> Verstärkung der MOSFETS alleine ist grob (nehme ich jetzt einmal an) > v = Rdrain / Rsource Ja. > Wenn jetzt Rdrain -> Unendlich (wegen Stromquelle) dann bringt das > nichts!? Rdrain ist aber nicht unendlich, wegen des Early-Effekts. Im angehängten Bild gehören jeweils die roten und die grünen Kurven zusammen. Einmal die Leerlaufverstärkung und einmal die Betriebsverstärkung.
ArnoR schrieb: > Rdrain ist aber nicht unendlich, wegen des Early-Effekts. Im angehängten > Bild gehören jeweils die roten und die grünen Kurven zusammen. Einmal > die Leerlaufverstärkung und einmal die Betriebsverstärkung. > Was ist jetzt aber Grün? Mit oder ohne Source-R? PS: Bei nur einer Endstufe mußt du aber für die kapzitive Belastung den dopplten Wert wie in der Brückenschaltung annehmen. Also 100pF differentiell entsprechen dann auf einer Endstufe 200pF gegen Masse.
> Was ist jetzt aber Grün? Mit oder ohne Source-R? Grün ist ohne Rs. > PS: Bei nur einer Endstufe mußt du aber für die kapzitive Belastung den > dopplten Wert wie in der Brückenschaltung annehmen. Also 100pF > differentiell entsprechen dann auf einer Endstufe 200pF gegen Masse. Der Wert des C ändert nichts am Prinzip.
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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?).
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