HV-Amp aus Horr. Hill

Hallo. Bei meinem Diodenlasertreiber soll eine Möglichkeit dabei sein, einen Piezo anzusteuern. Speziell sollte ein HV-Verstärker enthalten sein, der ein 0-12 V Analog-Signal auf 0-150 V Spannung für einen Stapelpiezo umsetzt, wobei der Piezo etwa 5 nF Kapazität hat. Bandbreite sollte bis ein paar hundert Hz sein. Darüber kommen ohnehin bald mechanische Resonanzen im Laser.

Ein Blick in die HuH-Bibel fördert eine Schaltung zu Tage, die gleich zweimal vorgestellt wird: Einmal auf Seite 169, Fig 3.75 genau passend als HV-Verstärker für einen Piezo. Und dann noch einmal auf Seite 369, Fig 6.47 als geregelte HV-Versorgung.

Ist die Schaltung empfehlenswert, oder nur ein Lehr-Beispiel mit vermeidbaren Macken? Ist die Wahl der Transistoren kritisch? Wodurch bestimmt sich die Bandbreite der Schaltung? Sollte man an weiteren Stellen Schutz-Zener-Dioden anbringen?

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog
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Kai-Martin Knaak
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Eigentlich wollte ich eine mit aacircuits abgemalte Schaltung anhängen. Der Versuch das Posting abzuschicken endete aber mit der Fehlermedlung "Angle bracket bot", was immer das heißen mag.

Hier die noch ein Versuch für Schaltung von Seite 169:

+150V o-------------------o-------------------------o-------------o----- | | | | | | | | --- 3uF .-. | --- | |330k | | | | | | '-' | === | ||-+ T2 GND | ___ ||
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Kai-Martin Knaak

Hallo,

soweit ich die Schaltung verstehe wird die Bandbreite vom Opamp bestimt. Der Widerstand oder der Kondensator am T3 dient wohl ebenfalls zur Anpassung der Bandbreite und zur Vermeidung von Schwingneigung. Bei derartigen Schaltungen sollte der Teil nach dem Opamp nicht schneller als der Opamp sein sonst hat man relativ sicher Schwingungen (weil der Opamp dann nix mehr ausregeln kann) - AFAIK.

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Kai-Martin Knaak schrieb:

Hallo,

was für ein Opamp wird denn in der Schaltung eingesetzt?

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Hallo Kai-Martin,

Du kannst den Autor (Prof. Winfield Hill) auch direkt fragen. Er ist reger Teilnehmer in der sci.electronics.design Newsgroup.

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
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Joerg

Bernd Mayer schrieb:

Nachtrag,

auf den zweiten Blick habe ich gerade gesehen, dass der T3 wohl gar nicht aktiv zur Verstärkung beiträgt. Das ist eher eine Art aktiver Zenerdiode/Konstantstromquelle/Strombegrenzung/Temperaturregelung/Latch-up-Schutz oder Starthilfe - irgendsowas in der Art.

Mit dieser Information muss man die Funktion der Widerstände/Kondensatoren an T3 wohl neu analysieren.

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Hallo Kai-Martin,

Die Schaltungen sind verschieden, z.B. andere Kompensation, die auf S.

169 kann auch als Stromsenke arbeiten, die auf 369 nicht.

Die Schaltung ist klassisch und funktioniert gut, weil tausendmal in Hochspannungsanwendungen implementiert.

Diese Schaltungen sind immer kritisch, insbesondere wenn du um Bandbreite kaempfst. Hohe Spannungen (deine 150V sind da sehr harmlos) erforden hohe Widerstaende wenn du die Verlustleistung in Grenzen halten willst, alse kleine Stroeme und schwups hast du Probleme damit Gatekapazitaeten umzuladen oder genug Basisstrom zur Verfuegung zu stellen. Die zweistufige Transistorstufe ist wie in AoE angedeutet nicht immer einfach zu kompensieren, dass erfordert experimentieren, simulieren oder Erfahrung.

Wenn du darauf keine Lust hast, oder dir die Erfahrung fehlt (und das du die Schaltungen als gleich bezeichnest, indikiert dass dir der Blick fuer die Details bei HV Schaltungen fehlt - ist nicht negativ gemeint), dann wuerde ich eher einen fertigen Hochvolt OP von z.B. Apex benutzen. Bei 150V duerfte es da durchaus grosse Auswahl geben und bezahlbar ist das auch.

Gruss Klaus

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Klaus Bahner

Zenerdiode/Konstantstromquelle/Strombegrenzung/Temperaturregelung/Latch-up-Schutz

T3 ist simple Strombegrenzung, konntest du aber nicht sehen, da die ASCII Schaltung verkehrt abgezeichnet ist. B-E Strecke von T3 liegt im Original ueber dem 39 Ohm Widerstand, d.h. ab ca. 17mA Ausgangsstrom schnuert T3 dem Ausgangs-MOSFET die G-S Spannung ab.

Gruss Klaus

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Klaus Bahner

Bei AoE auf Seite 169 ein 748 mit einer RC-Kombination (180pF - 5k1) zur Kompensation. Auf Seite 369 ist es ein halber 358. Ich vermute, das ist das gleiche, wie ein LM358.

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog
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Kai-Martin Knaak

Hallo Klaus.

ok.

Ist das so? In beiden Fällen kann IMHO über die Diode Strom durch den ersten mosFET versenkt werden. Der Text spricht auch bei beiden Schaltungen von Pseudo-Push-Pull.

Prima.

Klar. Hätte ich einen wohl-trainierten Blick, würde ich hier nicht fragen ;-)

Die Specs der günstigsten Opamps (PA240C) passen gerade so zu meinen Anforderungen. Allerdings stimmt mich die Angabe von Ende Februar 2007 als Liefertermin im Online-Shop bedenklich. Ein entscheidendes Bauteil mit nur einem Lieferanten erscheint mir ein wenig riskant.

Ich denke, ich werde es erstmal mit dem Schaltungsprinzip von AoE versuchen. Und wenn ich auf Probleme stoße, die nicht mit ein wenig Variation der Kompensations-Kondensatoren zu beheben sind, werde ich auf einen Apex-Käfer zurück greifen.

Danke für die Hinweise,

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog
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Kai-Martin Knaak

In der Tat :-| Hier fürs Archiv die korrigierte Version:

+150V o-------------------o-------------------------o-------------o----- | | | | | | | | --- 3uF .-. | --- | |330k | | | | | | '-' | === | ||-+ T2 GND | ___ ||
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Kai-Martin Knaak

Klaus Bahner schrieb:

[halbdiskreter HV-Opamp für Piezo]

Hallo,

ich denke auch, um ein Gespür für die Schaltung zu bekommen sollte man die mal auf einem Experimentierboard aufbauen und einige wesentliche Eigenschaften (z.B. Bandbreite, Slewrate, Stabilität u.Ä.) mit Generator und Oszi ausmessen. Arg viel Bauteile sind das ja nicht.

Beim Kompensieren kann Erfahrung und Praxis sicher arg helfen. Da ich etliche Verstärkerschaltungen, egal ob diskret oder mit Opamps, (in mittleren Frequenzbereichen) aufgebaut, analysiert und repariert habe stecke ich dann oft schon aus Intuition hier ein Viertelpfund mehr Kapazität hin oder lege da ein RC-Glied hin usw. , dann sieht man ja den Effekt auf dem Oszi recht schnell. Beim Simulieren bin ich etwas skeptischer, alleine auf eine funktionierende Simulation hin würde ich noch keine Platine entflechten.

Mir fällt gerade auch noch ein, dass die Stufe nach dem Opamp auch schnell genug sein muss, dass diese die Phase nicht zu stark dreht wegen Oszillationen.

Das kann ich so sagen als Analyse aus der Ferne, aber ein Testaufbau/Messung hat sicher mehr Aussagekraft.

Der Apex-Katalog ist ansonsten auch als Analyse und Lehrbuch für LeistungsOpamp-Verstärkerschaltungen recht interessant.

Bernd Mayer

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Bernd Mayer

Der kritische Part hier ist die Spannungsverstärkung durch T1. Noch dazu dürfte die Anstiegszeit des Ausgangssignals signifikant geringer sein als die Abfallzeit, weil die Gate-Kapazität von T2 durch die recht hochohmigen 330K aufgeladen, aber durch den deutlich niederohmigeren T1 entladen wird.

Kompensationsmaßnahmen sind die 10pF in der Gegenkopplung und das sehr heftige Boucherot-Glied 750R + 470pF. Die 10pF sind übrigens gefährlich nahe an den ohnehin vorhandenen parasitären Kapazitäten im Gegenkopplungszweig. Stabilität ist hier wohl eher Glückssache und im Zweifelsfall nur dem Boucherot-Glied zu verdanken.

XL

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Axel Schwenke

Apex schein problemlos, wir haben seit 15 Jahren den PA02 in einer unserer wichtigsten Baugruppe in vierstelliger STückzahl verbaut. Ohen Lieferprobleme, ohne Defekte oder Abweichungen.

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Ralph A. Schmid, DK5RAS

ack. Ich werde den Piezotreiber erstmal auf Lochplatine aufbauen. Per mail habe ich übrigens einen Hinweis auf die APP-Note 18 von LT bekommen. Da ist auf Seite 7 eine sehr symmetrische Schaltung it bipolaren Transistoren für +/- 125V angegeben, die recht gutmütig wäre. Ein paar hundert nF hätte sie ohne Boucherot-Tricks schwingerlos treiben können.

Danke für die Hinweise! Ich melde mich wieder, wenn der Piezo unter Spannung steht...

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Kai-Martin Knaak
http://lilalaser.de/blog
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Kai-Martin Knaak

Kai-Martin Knaak schrieb:

Ja, durch den 180R Widerstand begrenzt. Wichtig ist auch der 3k3 Widerstand vor dem Piezo, welcher letztendlich IMHO die Slew Rate am Piezo begrenzt. Die ist auch den Piezodatenblättern zu entnehmen. Ein Piezo kann ohne weiteres so schnell angesteuert werden, dass er sich selber mechanisch zerreisst. Kann bei Überschlägen, Stecken in eingeschaltetem Zustand usw. passieren. Bei hohen (kHz) Frequenzen trifft man irgendwann die mechanische Eigenresonanz. Entweder ist der Tiefpass (3.3k; Eigenkapazität) deutlich darunter oder man muss zusätzliche Sperrkreise einbauen. Letzteres wird in single-mode Farbstofflasern bei der Spiegelsteuerung eingesetzt.

Schaltungen aus der vor-Leistungs-Mosfet-Zeit findet man bei Natsemi, etwa in AN-272. Je nachdem können so einfacher symmetrische Slew-rate Begrenzungen erreicht werden. (Fig. 6, eventuell ganzen Leistungs- teil weglassen).

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mfg Rolf Bombach
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Rolf_Bombach

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