10/40A-HS-CE Hoch­spannungsverstärker 10 kV, 120mA

„Vier-Quadranten-Ausgang“ bezieht sich auf die Fähigkeit des Verstärkers, sowohl Strom zu liefern als auch aufzunehmen – und zwar bei positiver wie negativer Spannungspolarität. In der Praxis bedeutet das, dass der 10/40A-HS-CE eine Last, die Energie zurückspeist (z. B. eine kapazitive oder induktive Last), ebenso effektiv treiben kann wie eine Last, die ausschließlich Energie verbraucht. Diese Eigenschaft sorgt für einen stabilen und präzisen Ausgang, selbst wenn sich die Impedanz der Last ändert oder Strom in den Verstärker zurückfließt.

Ja. Dieser Verstärker ist speziell für kapazitive und andere reaktive Lasten ausgelegt. Seine hohe Anstiegsrate (~900 V/µs) und die Vier-Quadranten-Ausgangsstufe ermöglichen es, kapazitive Lasten schnell und ohne Schwingneigung zu laden und zu entladen. Die geschlossene Regelung (Closed-Loop) und die Fähigkeit, Strom zu liefern/aufzunehmen, sorgen dafür, dass er die Ausgangsspannung auch beim Ansteuern anspruchsvoller kapazitiver Elemente (z. B. Piezoaktoren oder großer elektro­statischer Platten) unter Kontrolle hält.

Der 10/40A-HS-CE wird in einer Vielzahl von Hoch­spannungsanwendungen in Forschung und Industrie eingesetzt. Typische Anwendungen sind Elektrophorese (Anlegen hoher Spannungen an Gele oder Flüssigkeiten zur Molekültrennung), elektrooptische Modulation (Ansteuerung von Pockels-Zellen und anderen optischen Modulatoren), Materialpolung (Ausrichten von Dipolen in ferroelektrischen oder piezoelektrischen Materialien) sowie Prüfung des dielektrischen Durchschlags. Er eignet sich außerdem für allgemeines Hoch­spannungs-AC- oder DC-Biasing in Laboren, zur Steuerung von Ionenstrahlen, in der Massenspektrometrie und überall dort, wo präzise, schnell schaltende Hoch­spannung benötigt wird.

Der 10/40A-HS-CE wird über einen analogen Niederspannungseingang gesteuert. Durch Anlegen eines Eingangssignals von ±10 V (z. B. von einem Funktionsgenerator oder DAC) können Sie den Ausgang über den gesamten Bereich von ±10 kV ansteuern (der Verstärker hat eine feste Verstärkung von 1000 V/V). Zur Sicherheit verfügt die Frontplatte über einen Hoch­spannungs-ON/OFF-Schalter (und kann auch fernbedient gesteuert werden). Außerdem gibt es BNC-Monitorausgänge: Einer liefert eine Niederspannungsdarstellung des Hoch­spannungsausgangs (z. B. entspricht 1 V am Ausgang 1000 V Ausgangsspannung, sodass Sie die Ausgangswellenform an einem Oszilloskop beobachten können), und ein weiterer Monitorausgang liefert eine proportionale Spannung, die den Ausgangsstrom repräsentiert. Diese Funktionen machen es einfach, den Ausgang des Verstärkers in Echtzeit zu steuern und zu messen.

Dieser Verstärker verfügt über mehrere Schutzebenen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Er bietet eine vom Benutzer wählbare Einstellung für Strombegrenzung/Abschaltung: Im Strombegrenzungsmodus begrenzt der Verstärker den Ausgangsstrom auf einen vorgegebenen Schwellenwert (sodass er ~40 mA DC bzw. den eingestellten Grenzwert nicht überschreitet), während der Verstärker im Abschaltmodus herunterfährt (Ausgang deaktiviert), wenn ein Überstromzustand auftritt. Der Ausgang ist außerdem kurzschlussgeschützt; das bedeutet: Wird der Ausgang versehentlich kurzgeschlossen oder tritt eine Lichtbogenentladung auf, kann der Verstärker dies kurzzeitig ohne Schaden tolerieren und wird – je nach Konfiguration – entweder begrenzen oder abschalten. Zusätzlich können eine interne Verriegelung (Interlock) und eine Fernsteuerfunktion als Sicherheitsmaßnahmen genutzt werden (z. B. kann eine Labor-Sicherheitsverriegelung mit der Remote-HV-Off-Funktion verdrahtet werden). Der Verstärker schaltet die Hoch­spannung zudem nur frei, wenn der Kippschalter an der Frontplatte eingeschaltet ist (und der Remote-Interlock geschlossen), was eine Fail-Safe-Funktion gegen unbeabsichtigtes Aktivieren der HV bereitstellt. Schließlich ist das Gerät CE-konform (bei 230-V-Modellen), d. h. es erfüllt strenge Sicherheits- und EMV-Anforderungen.

Small-signal bandwidth bezieht sich auf den Frequenzbereich, in dem der Verstärker Signale mit kleiner Amplitude (in der Regel wenige Prozent des Vollausschlags) mit minimaler Dämpfung ausgeben kann (typischerweise am -3-dB-Punkt). Beim 10/40A-HS-CE reicht die Kleinsignalbandbreite über 25 kHz hinaus, was bedeutet, dass er hoch­spannungsseitige Schwingungen kleiner Amplitude bis in den Bereich von mehreren zehn Kilohertz wiedergeben kann. Large-signal bandwidth bezeichnet die Bandbreite, wenn der Verstärker Signale mit großer Amplitude treibt (nahe dem vollen ±10-kV-Hub). Bei diesem Verstärker liegt die Großsignalbandbreite (-3 dB) bei etwa 23 kHz. Der Unterschied entsteht hauptsächlich durch die Slew-Rate und Leistungsbegrenzungen: Bei sehr hohen Frequenzen ist ein vollständiger ±10-kV-Sinus schwieriger anzusteuern, sodass die effektive Bandbreite bei großen Aussteuerungen etwas geringer ist. Praktisch bedeutet das: Der Verstärker kann kleinere AC-Signale bei etwas höheren Frequenzen treiben, während Signale mit maximaler Amplitude auf ungefähr den unteren 20-kHz-Bereich begrenzt sind. Zusätzlich liegt die Großsignalbandbreite bei 1 % Verzerrung bei ~9 kHz; das zeigt, dass es für einen sehr verzerrungsarmen Ausgang empfehlenswert ist, bei Signalen mit Vollausschlag unter ~9 kHz zu bleiben.

Der 10/40A-HS-CE verfügt über integrierte Monitorausgänge, mit denen sich der Ausgang in Echtzeit leicht beobachten lässt. An der Frontplatte (oder je nach Modell an der Rückseite) befinden sich BNC-Anschlüsse für einen Spannungsmonitor und einen Strommonitor. Der Spannungsmonitor liefert eine herunterskalierte Nachbildung des Hoch­spannungsausgangs (z. B. 0–10 V entsprechend 0–10 kV), die Sie an ein Oszilloskop oder einen Datenlogger anschließen können, um die tatsächliche Ausgangswellenform und den Spannungspegel zu sehen, ohne eine Hoch­spannungstastspitze zu benötigen. Ebenso gibt der Strommonitor ein zur Ausgangsstromstärke proportionales Niederspannungssignal aus (sodass Sie verfolgen können, wie viel Strom in Ihre Last eingespeist oder aus ihr aufgenommen wird). Mithilfe dieser Monitore können Sie die Leistung des Verstärkers (Spannung und Strom) während Experimenten sicher messen und aufzeichnen. Die mitgelieferte Kalibrierung des Instruments stellt sicher, dass diese Monitorausgänge die tatsächlichen Werte korrekt abbilden.