5/80-HS-H-CE Hoch­spannungsverstärker 5 kV, 240 mA

Ja. Der Verstärker ist DC-stabil, das heißt, er kann eine konstante Hoch­spannungs-Gleich­spannung (DC) bereitstellen, er kann aber auch AC-Wellenformen (bis zu den Grenzen seiner Bandbreite) mit Amplituden bis ±5 kV reproduzieren. Sie können ihn mit einem AC-Eingang (z. B. von einem Funktionsgenerator) ansteuern, und er gibt ein entsprechend skaliertes Hoch­spannungs-AC-Signal aus, oder Sie legen einen DC-Pegel an, um eine stabile Hoch­spannung zu erzeugen. Damit eignet er sich für Experimente, die entweder statische Bias-Spannungen oder dynamische Hoch­spannungs-Wellenformen erfordern.

Die Kleinsignal-Bandbreite (bis ~75 kHz) bezeichnet den Frequenzbereich, in dem der Verstärker sinusförmige Signale mit kleiner Amplitude originalgetreu wiedergeben kann (typischerweise dann, wenn der Ausgang nicht über den vollen Spannungshub arbeitet, also nur einen Teil der ±5 kV nutzt). Die Großsignal-Bandbreite (bis ~60 kHz) ist der Bereich, den er bei nahezu voll ausgesteuerten Ausgangshüben erreichen kann – bei diesen hohen Amplituden fällt der Frequenzgang etwas geringer aus. In der Praxis bedeutet das: Bei sehr hohen Ausgangsspannungen sind Sie möglicherweise auf einige zehn Kilohertz begrenzt, während der Verstärker bei kleineren Spannungsänderungen etwas höhere Frequenzen erreichen kann, bevor die Ausgangsamplitude abzufallen beginnt (–3-dB-Punkt) oder die Verzerrungen zunehmen.

Eine Vier-Quadranten-Ausgangsstufe bedeutet, dass der Verstärker über beide Ausgangspolaritäten hinweg sowohl Strom liefern (eine positive Spannung in eine Last treiben) als auch Strom aufnehmen (die Spannung herunterziehen bzw. Strom aus der Last absorbieren) kann. Diese Fähigkeit ist entscheidend beim Ansteuern kapazitiver oder reaktiver Lasten wie piezoelektrischer Bauteile, elektro­statischer Aktuatoren oder anderer Hoch­spannungskomponenten, die Energie an den Verstärker zurückspeisen können. Der 5/80-HS kann die Spannung in beide Richtungen aktiv regeln und stellt so sicher, dass der Ausgang auch dann exakt und stabil bleibt, wenn die Last versucht, die Spannung in die entgegengesetzte Richtung zu treiben. Das verhindert Überschwingen und ermöglicht schnelle, kontrollierte Übergänge – etwas, das mit einem einfacheren Ein- oder Zwei-Quadranten-Verstärker (nur Quelle) nicht möglich wäre.

Dieser Verstärker hat eine feste Verstärkung von 1000 V/V. Um den maximalen Ausgang von ±5000 V zu erreichen, müssen Sie einen Eingang von ±5 V anlegen. In der Praxis kann ein standardmäßiger Labor-Funktionsgenerator oder ein DAC mit einem Ausgangsbereich von ±5 V verwendet werden, um den 5/80-HS-H-CE direkt anzusteuern. Wenn Sie beispielsweise eine Sinuswelle mit einer Amplitude von ±1 V einspeisen, gibt der Verstärker eine Sinuswelle von ±1000 V aus; bei ±5 V Eingang erhalten Sie den vollen Hub von ±5000 V. Die hohe Eingangsimpedanz (ca. 10 kΩ) stellt sicher, dass die Signalquelle keinen nennenswerten Strom liefern muss.

Der 5/80-HS-H-CE ist mit internen Schutzfunktionen ausgestattet. Besonders hervorzuheben sind der Kurzschluss- und Überlastschutz: Wenn der Ausgang direkt kurzgeschlossen wird oder wenn die Last versucht, mehr Strom als die spezifizierte Grenze zu ziehen (~80 mA DC oder kurzzeitig ein höherer Spitzenwert), begrenzt der Verstärker den Ausgang und kann abschalten, um Schäden zu verhindern. Es gibt Statusanzeigen (und entsprechende BNC-Ausgänge zur Fernüberwachung), die Sie informieren, wenn der Verstärker in einen Fehlerzustand gerät oder die Regelung verlässt. Das bedeutet, dass der Verstärker Fehlerfälle kontrolliert beherrscht, indem er sich selbst und die Last schützt – eine wesentliche Sicherheitsfunktion beim Arbeiten mit Hoch­spannungen.

Für eine Hoch­spannungsquelle ist sie sehr genau und stabil. Die DC-Verstärkungsgenauigkeit ist mit besser als 0,1 % vom Endwert spezifiziert; das entspricht bei 5 kV im absolut ungünstigsten Fall höchstens etwa ±5 V Verstärkungsfehler. In der Praxis folgt der Ausgang dem Eingang sehr linear. Zudem weist der Verstärker ein geringes Ausgangsrauschen auf (in der Größenordnung von 1 V RMS oder weniger bei einem 5000-V-Signal), was nur einen sehr kleinen Anteil (0,02 %) des Endwerts ausmacht. Dieses niedrige Rauschniveau und die hohe Stabilität machen ihn geeignet für Präzisionsaufgaben wie Kalibrierungen, Materialcharakterisierung oder sensibles Beam-Steering, bei denen Sie eine zuverlässige Hoch­spannung ohne Drift oder nennenswertes Ripple benötigen. Zusätzlich wird jedes Gerät mit einem NIST-rückführbaren Kalibrierzertifikat ausgeliefert, sodass Sie wissen, dass die Ausgangswerte gegen nationale Standards verifiziert wurden.

Ja. Der Verstärker bietet eine Hoch­spannungs-Ein-/Ausschaltsteuerung per Fernbedienung über einen BNC-Anschluss auf der Rückseite. Mithilfe dieser Remote-Interlock-Funktion können Sie den 5/80-HS-H-CE in ein größeres System oder eine Sicherheitsbeschaltung integrieren. Beispielsweise können Sie diesen Eingang an einen Sicherheits-Interlock-Schalter oder eine Labor-SPS anschließen: Wenn das Steuersignal auf Deaktivieren gesetzt wird, wird der Hoch­spannungsausgang des Verstärkers ausgeschaltet (oder bleibt ausgeschaltet) – unabhängig von der Einstellung am Frontpanel. Das ist hilfreich, um sicherzustellen, dass sich die Hoch­spannung über einen Not-Aus oder per Computersteuerung schnell abschalten lässt, und bietet damit eine zusätzliche Sicherheitsebene. Zusätzlich verfügt die Frontseite über einen HV-Ein/Aus-Schlüsselschalter oder -Taster (modellabhängig), sodass ein Bediener die Freigabe des Hoch­spannungsausgangs manuell steuern kann.

Der 5/80-HS-H-CE ist dafür ausgelegt, eine große Bandbreite an Lasten anzusteuern – sowohl ohmsche als auch reaktive. Er kann rein ohmsche Lasten (z. B. hochohmige Widerstände oder Bias-Netzwerke) bis 5 kV treiben, ebenso wie stark kapazitive oder dynamische Lasten (z. B. große piezoelektrische Aktuatoren, elektro­statische Chucks oder dielektrische Barriereentladungen). Dank seines Vierquadranten-Designs und der hohen Slew-Rate verarbeitet er kapazitive Lasten besonders gut; das heißt, selbst wenn die Last eine erhebliche Kapazität aufweist (was üblicherweise eine Phasenverschiebung verursacht oder dazu führt, dass die Last Strom in Richtung Verstärker zurückspeist), bleibt der Verstärker stabil und reagiert schnell. Induktive Lasten sind bei Hoch­spannung weniger verbreitet, aber kleine Induktivitäten (z. B. durch lange Kabelleitungen oder Spulen) sind ebenfalls handhabbar. Zusammengefasst: Solange die Lastanforderungen innerhalb von ±5 kV liegen und der Strom innerhalb von ±80 mA DC / ±240 mA Peak bleibt, treibt der Verstärker die Last zuverlässig und hält dabei die programmierte Wellenform ein.

Der Verstärker 5/80-HS-H-CE verfügt über ein vollständig halbleiterbasiertes Design und hat daher keine Verschleißteile wie Vakuumröhren oder ölgefüllte Komponenten, die regelmäßig ausgetauscht werden müssten – er ist unter normalen Betriebsbedingungen im Wesentlichen wartungsfrei. Die Kühlung erfolgt typischerweise über interne Lüfter und Kühlkörper; für eine lange Lebensdauer wird daher empfohlen, die Lüftungsschlitze stets frei zu halten und ggf. vorhandene Staubfilter gelegentlich zu reinigen. Zur Kalibrierung: Das Gerät wird kalibriert ausgeliefert, und für höchste Präzision ist es sinnvoll, es in den empfohlenen Intervallen (z. B. jährlich oder alle zwei Jahre) neu zu kalibrieren, um Rückführbarkeit und Genauigkeit zu erhalten. Die Kalibrierung wird üblicherweise vom Hersteller oder einem autorisierten Labor mit Hoch­spannungs-Messnormen durchgeführt. Abgesehen davon ist im täglichen Betrieb keine besondere Wartung erforderlich, und der Verstärker sollte über viele Jahre hinweg eine gleichbleibende Leistung erbringen.