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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik highvoltage Endstufe


Autor: Hagen Re (hagen)
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Hi Leute

ich suche schon einige Zeit lang nach einer Hochspannungsendstufe für
meinen Signalgenerator und habe im Netz nichts dazu finden können.

Mein Signalgenerator erzeugt NF Signale im Bereich 0 bis 5 Volt. Diese
möchte ich nun in einer Endstufe auf +-50V mit maximal 30mA verstärken.
Für den Anfang würde es reichen wenn das Ding bis 7Khz sauber verstärkt.
Allerdings muß es eben sauber jede beliebige Signalform verstärken, also
auch Rechtecksingnale etc.pp. Ein NF-Transformator kommt also nicht in
Frage.

Leider finde ich im Netz immer nur normale Audio Power Verstärker mit
viel zu hoher Leistung und zu geringer Spannung. Auf EDN habe ich zwar
eine Schaltung gefunden nur macht diese +-1000 Volt und das ist viel zu
hoch und die Schaltung ist viel zu aufwendig.

Auch einige HV Opamps habe ich finden können, nur liegen die in
Preisbereichen jenseits von gut und böse. Die üblichen Kandidaten wie
OPA445 vertragen aber nur +-45V. Also eine ziemlich vertrackte Sache
das.

Naja und kommt noch der Fakt hinzu das ich in Analogtechnik ungebildet
bin, aber lernfähig.

Kann mir einer von euch Tipps geben wonach ich suchen müsste, welche
Bücher zu empfehlen wären oder am besten mit Schematics aushelfen ?

Schonmal besten dank, Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Hallo Hagen,

Du schreibst "jede beliebige Signalform verstärken" und genau das ist


das große Problem.

Einen Sinus zu verstärken ist nicht weiter tragisch.

Hast Du Dir mal konkrete Gedanken über Deine Anforderung an die
Flankensteilheit Deines Rechteck-Signales gemacht?

Je höher diese Anforderung ist, desto umfangreicher wird die
Schaltung.

Im einfachsten Fall würde es ein einzelner Transistor in
Emitterschaltung als A-Endstufe tun ;)


Bernhard

Autor: Hagen Re (hagen)
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Ok, ich denke am besten mit dem einfachsten anfangen.

Der NF Bereich der mich interessiert liegt bei 250Hz bis 5Khz (für den
Anfang, sollte später aber auf bis zu 50Khz erhöht werden). Die
häufigste Signalform wird Sinus, Dreieck und Sägezahn sein.

Die Flankensteilheit bei Rechteck ist erstmal zweitrangig da ich ja
noch garnicht weis wie ich anfangen soll. Ich habe meine Forderungen im
Spannungsbereich auch schon nach unten korregiert, auf kleiner +-40V.

In diesem Bereich habe ich den LM143 und LM343 gefunden. Allerdings
würde es mich denoch sehr interesieren wie man sowas vereinfacht auch
diskret realisert und dann eventuell auf +-80V Ausgangsspannung kommen
könnte.

Essentiell geht es mir darum für meinen Signalgenerator eine solche
Ausgangstufe zu basteln und damit dann Experimente mit spezialisierten
Signalformen für Piezoschallwandlern durchführen zu können.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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In Deinem konkreten Fall würde ich Dir einen einfachen diskreten und
robusten Aufbau empfehlen.

Eine einfache Gegentaktendstufe, bestehend aus 3 Transistoren, nach
Möglichkeit kurzschlussicher würde Dir schon treue Dienste tun.

Hier einige Beispiele:

http://www.elexs.de/kap5_8.htm
http://www.softwaredidaktik.de/new2_spicelab/s_u_m...

Nur die Dimmensionierung musste auf 50 Volt noch vorgeommen werden.


Bernhard

Autor: Hagen Re (hagen)
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Hm, wenn ich deine Links richtig verstanden habe dann sind diese
Schaltungen aber nicht bipolar, d.h. das Ausgangssignal kann nicht
zwischen zb. -40V und +40V schwingen, richtig.

Ich hatte eher an sowas gedacht
http://www.pha.inecnet.cz/macura/next.htm allerdings ist das eben ein
Audio Verstärker und kein Voltage Follower wie mit einem Opamp.

Verzeih bitte wenn ich auf diesem Gebiet noch nicht so fit bin.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Hm, wenn ich deine Links richtig verstanden habe dann sind diese
>Schaltungen aber nicht bipolar, d.h. das Ausgangssignal kann nicht
>zwischen zb. -40V und +40V schwingen, richtig.

Die Spannungswerte schaffen sie natürlich in diesen Beispielen nicht,
aber Wechselspannung erzeugen sie,

Du kannst die +-40 Volt problemlos Durch einen am Ausgang
geschalteten Elko erzeugen. Mit diesem Trick erspart man sich die
negative Spannung.

Benötigst nur eine Betriebsspannung von +80Volt, das ist das ganze
Geheimnis.


Bernhard

Autor: Hagen Re (hagen)
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Mein Problem ist die Wechselspannung, tja. Mein Signalgenerator arbeit
als DDS und ich hatte eigentlich vor auch mit speziellen Signalformen
zu experimentieren die keine reinen Wechselspannungen sind.

Alles soll im Endeffekt darauf hinauslaufen eine spezielle Ultraschall
Entfernungsmessung aufzubauen. Die Piezos werden dabei mit einem
speziellen Signal angesteuert das in der Zeitdomain codiert wurde.

Ich müsste also schon weitgehende Kontrolle über die Signalform haben.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Benötigst Du für die Piezos auch Wechselspannungen mit einem
Gleichsspannungsanteil?

Autor: Hagen Re (hagen)
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Das weis ich eben noch nicht. Essentiell geht es darum die Piezo mit
einem Time Shift Code anzusteuern und zwar kontinuierlich. Das ist im
Gegensatz zu normalen Ultraschallmessungen bei denen man ein Ping macht
und die Zeit bis das Echo eintrifft ausmisst. Bei diesem Verfahren
sendet man quasi einen modulierten Code aus der ein Timestamp enthält,
das Signal ist dann kontinuierlich und der Timecode ändert sich
ständig. Das empfangene Echo kann dann (theoretisch) an hand des
codierten Timestamps zeitlich identifiziert werden. Das ist aber alles
noch eine Idee von mir und deshalb wäre es gut wenn die Endstufe jedes
Eingangsignal wie ein Spannungsfolger verstärken könnte.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Achso, das bedeutet, Du suchst einen Breitbandverstärker

von 0 bis 7KHz, dazu benötigst Du natürlich auch zwei Spannungen.


Die Schaltung, die Du gefunden hast, würde dafür ausreichen, sie muss

nur noch an die hohen Spannungen angepasst werden.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Das dachte ich mir auch, allerdings fehlt mir der Feedback/Rückkopplung
wie beim Opamp gewohnt.

Und danke, "Breitbandverstärker" habe ich noch nicht im Netz
abgegrast.

Gruß Hagen

Autor: Hagen Re (hagen)
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Achso, bei der Schaltung http://www.pha.inecnet.cz/macura/next.htm bin
ich mir über die Eingangsbeschaltung nicht ganz sicher. Die Einkopplung
über den Cap ist doch wieder störend für mein Vorhaben oder ?

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Das dachte ich mir auch, allerdings fehlt mir der
>Feedback/Rückkopplung wie beim Opamp gewohnt.

Sie hat Widerstände im Ohmbereich am Emitter, das ist die
Stromgegenkopplung.

Das ist eine Verstärker-Schaltung mit einer Spannungsverstärkung
von 1 !!

D.h. Du müsstest bei dieser auch ein Signal von +-40Volt einspeisen.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Shit das nützt mir nichts, mein DDS erzeugt Signale zwichen 0 bis 5
Volt. Ok, gehe jetzt erstmal pennen.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Ok, gehe jetzt erstmal pennen.

Ich auch, aber uns fällt schon noch was  ein ;)

Gruß

Bernhard

Autor: Thomas S. (Gast)
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Schau doch mal bei APEX. Die haben solche Verstärker im Programm. NIcht
ganz billig, aber sehr gut.

Thomas

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Wenn Du noch keine Erfahrung damit hast, vergiß es.

Piezos haben eine wahnsinns Kapazität und eine hohe Güte.

Um sie verlustarm treiben zu können, schaltet man eine Speicherdrossel
in Reihe mit dem Ausgang der Endstufe und arbeitet in Resonanz.


Modulation währe mit FM um die Resonanzfrequenz herum möglich.

Aber einzelne Impulse zu verformen ist nicht möglich wegen der hohen
Güte. Alles wird in Sinus verwandelt.


Peter

Autor: Hagen Re (hagen)
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Hm, danke das du meine Hoffnungen so zerstört hast ;)
Aber wie soll ich Erfahrungen sammeln wenn ich nicht experimentiere ?

Ok es gibt da ein Problem: ich weis das andere Entwickler das nach
einer ähnlichen Methode gemacht haben, die Frage ist dann wie ?

Sie modulieren das Signal für den Piezo kontinuierlich mit einem sich
änderten code der quasi ein Timestamp oder Timeoffset enthält. Die
reflektierten Signal werden empfangen und diese Timestamps wieder
rausgefiltert, ebenfalls kontinuierlich. Dabei kann es auf Grund der
unterschiedlichen Reflexionsabstände natürlich zu Überlagerungen der
empfangenen Signale/Timestamps kommen (ein weiteres Problem) aber
anscheinend muss das gehen. Auf Grund des zeitlichen Unterschiedes zum
aktuellen Timestamp zu den empfangenen Timestamps ist man dann in der
Lage mehrere reflektierende Objekte auf sehr hohe Auflösung zu
detektieren. Und ganz wichtig ist das dies kontinuierlich erfolgt was
die Reaktionszeiten enorm verkürzt. Benutzt man die normale Methode mit
einem Ping, bzw. Burst zur Ansteuerung des Piezos dann hat man immer auf
Grund der Resonanzfrequenz der Piezos und dem gewünschten
Entfernungsbereich eine Zeitspanne zu warten bis das ausgesendete
Signal empfangen wurde um dann das nächste Ping aussenden zu können.
Und exakt diese Probleme soll umgangen werden.

Da es darüber fast nichts an Infos gibt dachte ich mir halt
expermentierst du eben selber ein bischen damit rum. Und die erste
Hürde die zu nehmen wäre ist eine HV Endstufe, mehr erstmal nicht.

Ich versuche also nochmal meine Anforderungen exakter zu umschreiben,
also was ich im absolut höchsten Fall benötige:

1.) Input beliebiges Signal im Spannungbereich 0-5 Volt
2.) Output -80 bis +80 Volt Signal mit max. 30 mA
3.) Frequenzbereich 0 bis 250 KHz, enthält Oversampling von Signalen
bis 50KHz.

Signalgenerator ist ein Wavetable DDS auf Softwarebasis bis 1 MHz.
Spannnungsversorgung ist ein regelbares Labornetzteil mit symmetrischer
Spannung bis +-80 Volt.

So mir reichen schon Stichworte nach denen ich im Netz/Blibliothek
suchen kann. Zb. einfach wie man so ein fuck Amplifier überhaupt nennt
:)

@Thomas S: die Teile von APEX sind mir bekannt (PA083 oä.) und sind
exakt die Teile die mir zu teuer sind ;) Eventl. muß ich aber in den
sauren Apfel beisen.

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@HAGEN

Mir ist was zu Deiner Schaltung eingefallen, bau Dir einen diskreten

Differenzverstärker auf, ca. 3 Transistoren, kostet unterm Strich

nur wenige Euronen und würde Deinen Anforderungen volkommen genügen.


Bernhard

Autor: Arno H. (Gast)
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Eine Bandbreite von 7 kHz ist ja auch noch ein wenig von Ultraschall
entfernt.
Informiere Dich mal im Bereich der Oszilloskopverstärker (Y-Kanal) und
der Verstärker für elektrostatische Lautsprecher. Ausserdem solltest Du
eine Brückenschaltung (BTL) in Betracht ziehen, weil im Bereich über 50V
schnelle gute Transistoren schon wieder rar werden.
Bei Hameg kann man z.B. Manuals nicht mehr ganz aktueller Geräte
runterladen, eine weitere Fundgrube älterer Geräteschaltbilder ist
BAMA.
http://bama.edebris.com/manuals/
Arno

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Es gibt recht preiswert den LM675P, 3A max 60V Betriebsspannung, also
noch nicht ganz die gesuchten >2*50V:
http://www.national.com/search/search.cgi/main?key...
für höhere Leistungen bis in den Kurzwellenbereich die Produkte von
Apex, teuer aber gut:
http://eportal.apexmicrotech.com/mainsite/

Autor: Hagen Re (hagen)
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Ich werde jetzt erstmal mit der Schaltung im Anhang anfangen zu
simulieren. Wie immer ist das Problem das man mit viel zu wenig Wissen,
nach Möglichkeit schon gestern, alles kapieren möchte und die Schaltung
fertig haben möchte (man kennt dies ja).

Ich baue da auf Peters Meinung wenn er sagt das aus Priinzip heraus ein
Piezo nicht so angesteuert werden kann wie ich es mir vorstelle. Eine
Investition, als Bastler, in die teuren APEX Teile wäre dann
Verschwendung (zumal ich so gezwungen bin mich mit dem analogen
Urschleim auseinander zu setzen :)

Vieleicht hat ja noch einer par Ideen ?

Gruß Hagen

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Ich werde jetzt erstmal mit der Schaltung im Anhang anfangen zu
>simulieren

Den unteren Transistor(Konstantstromquelle) mit seiner Beschaltung
könnte man einsparen und durch einen einfachen Widerstand ersetzen.

Bernhard

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Die Apex-Teile sind schon ganz gut, wir verwenden den PA88 allerdings
nur bis etwa max 1kHz.

Da sind aber durch die Kapazität des Piezo die Flanken schon deutlich
verschliffen, spielt aber für unsere Anwendung keine Rolle.


Peter

Autor: Detlef _a (detlef_a)
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Hallo Freunde des Ultraschalls und der Hochspannung,

mir ist zum Ansteuern von Piezos letztlich angehängte Schaltung in die
Hände gefallen, Horowitz/Hill: Art of Electronics. Schönes Prinzip,
leistungsstark, quasi push/pull ohne Komplementärtransistoren, anpaßbar
auf eigene Anforderungen.

Hagen, wer moduliert denn piezos zur Entfernungsmessung? (Sicher keine
Modulation bei den Dingern, die es letztens bei Aldi für 11,99 gab).
Bin mit einer genauen Piezo-Entfernungsmessung letzens an den
multipath-Reflektionen gescheitert, hm.

Cheers
Detlef

Autor: Hagen Re (hagen)
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Super ich danke dir vielmals, das ist doch schon was.

Diese "multipath-reflexionen" sind es ja gerade die man quasi
erkennen möchte. Wenn ich das Konzept richtig verstanden habe ist das
Signal auf eine Weise mit einem Time Shift Code moduliert der sich
selbst bei sich überlappenden Relexiionssignalen immer noch
unterscheiden lässt. Das wird wohl nur gehen wenn dieser Time Shift
Code eine hohe Redundanz besitzt und denoch rel. eindeutig ist. Und
somit lassen sich mehrer solche Time Shift Codes die sich im
Empfangssignal überlappen wieder separieren. Aber das ist garnicht so
problematisch wenn meine Idee funktioniert, denn ich bin erstmal nur
daran interessiert zu erkenne OB sich solche Timecodes im
Empfanmgssignal überlappen oder nicht. Denn wenn ich das erkennen kann
habe ich per Software ein Indiz für Multiple Reflexionen und kann
darauf mit erneuten, aber slektiven Pings darauf reagieren. Quasi ein
nachfolgendes Korrekturping das auf das sich am nächsten befindliche
Objekt fokusiert reagiert. Denn das wsa ich erreichen will ist die
möglichst sehr schnelle Reaktionszeit auf Hindernisse und nicht deren
Klassifikation an sich.

Gruß Hagen

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Schonmal an einen Vertikal-Verstärker gedacht, wie man ihn in einem
Oszilloskop findet? Oder in einem TV?
Bandbreiten bis 10MHz sind möglich, das Ganze bei Ausgangspegeln bis
100V.
Röhrenbasiert:
http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/instruments/te...
(Die drei Heathkit-Teile ziemlich weit unten)

Halbleiterbasiert:
http://members.tripod.com/michaelgellis/scope.html

Wenn man bei Google / Ask.Com weitersucht, dürfte man noch mehr
finden.

Gruss
Jadeclaw.

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