609E-6-H-CE Hoch­spannungsverstärker 4 kV, 20 mA

Dieser Verstärker ist dafür ausgelegt, eine breite Palette von Lasttypen zu treiben, darunter stark kapazitive oder reaktive Lasten ebenso wie ohmsche Lasten. Seine Vier-Quadranten-Ausgangsstufe kann sowohl Strom liefern als auch aufnehmen; das bedeutet, selbst wenn Ihre Last Energie zurückspeist (wie kapazitive und induktive Lasten es tun), kann der 609E-6 damit umgehen und eine stabile Ausgangsspannung aufrechterhalten. Dadurch eignet er sich zum Ansteuern von z. B. elektro­statischen Chucks, Piezoaktoren oder jeder Last mit signifikanter Kapazität oder Induktivität – ohne Leistungseinbußen.

Der 609E-6-Verstärker verwendet eine feste Verstärkung von 1000 V/V. Praktisch bedeutet das: Für jedes 1 Volt, das Sie an seinen Eingang anlegen, erzeugt er 1000 Volt am Ausgang. Um den vollen Ausgangsbereich von ±4 kV zu erreichen, würden Sie den Verstärker mit einem analogen Signal von ±4 V ansteuern (das z. B. von einem Funktionsgenerator, DAC oder einer anderen Quelle geliefert werden kann). Der Verstärker kann in unterschiedlichen Konfigurationen verdrahtet werden (nichtinvertierend, invertierend oder differentiell), sodass Sie die beste Art der Einspeisung Ihres Steuersignals wählen können. Im nichtinvertierenden Modus ergibt beispielsweise ein Eingang von 0 bis +4 V einen Ausgang von 0 bis +4 kV, während der invertierende Modus die Eingangspolarität umkehrt. Im differentiellen Modus können Sie den Verstärker mit zwei komplementären Signalen (Va und Vb) ansteuern und damit effektiv die Differenz verstärken (Vout = 1000 × (Va – Vb)). Diese Flexibilität erleichtert die Integration des Verstärkers in verschiedene Steuerungs­systeme und Signalquellen.

Ja, der 609E-6 ist DC-stabil, das heißt, er kann eine konstante Hoch­spannungs-Gleich­spannung (DC) zeitlich unbegrenzt halten. Er kann außerdem AC-Wellenformen und schnelle Spannungsübergänge bis zu einer nennenswerten Frequenz nachbilden. Die Bandbreite des Verstärkers erreicht bei Signalen mit großer Aussteuerung (nahe dem vollen Ausgang von ±4 kV) etwa 13 kHz (-3 dB), womit viele AC-Anwendungen im niedrigen bis mittleren Frequenzbereich abgedeckt werden. Bei Signalen mit kleinerer Amplitude reicht die Bandbreite sogar noch weiter (im Kleinsignalbereich über 35 kHz). Praktisch bedeutet das: Mit diesem Verstärker lassen sich Hoch­spannungs-Sinuswellen, Rechtecksignale oder Pulse im Audiofrequenzbereich (kHz-Bereich) ohne nennenswerte Verzerrungen erzeugen. Seine Anstiegsrate (>150 V/µs) und eine Einschwingzeit in der Größenordnung von 150 µs für einen vollständigen 0-bis-4-kV-Sprung sorgen dafür, dass er schnell auf Änderungen reagiert, wodurch er sich für eine Vielzahl dynamischer Hoch­spannungstests und -simulationen eignet.

Der 609E-6 verfügt über mehrere Sicherheits- und Schutzfunktionen, um sowohl Ihre Ausrüstung als auch den Verstärker selbst zu schützen. Zunächst besitzt er eine einstellbare Strombegrenzung/Abschaltung: Sie können den maximalen Ausgangsstrom (bis zu 20 mA) über einen Drehknopf an der Frontplatte einstellen. Versucht die Last, mehr als den eingestellten Grenzwert zu ziehen, kann der Verstärker den Strom entweder auf diesen Wert begrenzen oder – je nach gewähltem Modus – abschalten (Trip). Dadurch wird verhindert, dass übermäßiger Strom in Ihr Prüfobjekt fließt. Die Ausgangsstufe ist außerdem kurzschlussfest, d. h. wenn der Ausgang versehentlich kurzgeschlossen wird oder ein plötzlicher Fehler auftritt, verkraftet der Verstärker dies (innerhalb der Stromgrenzen) ohne Schaden. Zusätzlich gibt es Statusanzeigen und TTL-Ausgangssignale für Fehlerzustände: Eine Anzeige „Out of Regulation“ informiert Sie, wenn der Verstärker den vorgegebenen Ausgang nicht halten kann (z. B. wenn er die Strombegrenzung erreicht), und eine Anzeige „Trip Status“ leuchtet, wenn der Hoch­spannungsausgang aufgrund eines Fehlers deaktiviert ist (z. B. Überstrom oder wenn die Schutzabdeckung entfernt wurde). Diese Funktionen stellen gemeinsam sicher, dass der Verstärker im Fehlerfall kontrolliert abschalten oder den Ausgang begrenzen kann, statt katastrophal auszufallen oder Ihre Last zu beschädigen.

Der 609E-6 bietet sowohl lokale als auch fernbediente Ein-/Aus-Steuerungen für Hoch­spannung. Lokal gibt es an der Frontplatte einen HV ON/OFF-Taster, mit dem Sie den Hoch­spannungsausgang manuell ein- oder ausschalten können. Für die Fernsteuerung verfügt der Verstärker über einen TTL-Logikeingang, der als externer Interlock- oder Ein-/Aus-Schaltimpuls dient. Standardmäßig aktiviert ein an diesen Eingang angelegtes TTL-„Low“ (0 V) den Hoch­spannungsausgang, und ein TTL-„High“ (5 V) deaktiviert den Ausgang (diese Logik ist eine übliche Sicherheitskonvention). Mit dieser HV-Fernsteuerung können Sie den Verstärker in ein größeres System oder eine Sicherheits-Interlock-Kette integrieren. So könnten Sie ihn beispielsweise an einen Laborsicherheitsschalter anschließen, sodass beim Öffnen einer Tür oder beim Entfernen einer Schutzabdeckung ein TTL-High an den Verstärker gelegt wird, um die Hoch­spannung sofort abzuschalten. Das ist eine sehr nützliche Funktion, um die Bedienersicherheit zu gewährleisten und den Verstärker mit anderen Geräten in automatisierten Testaufbauten zu koordinieren.

Ja, der Verstärker verfügt über praktische Monitorausgänge für Spannung und Strom. An der Front- oder Rückseite (je nach Modelllayout) finden Sie BNC-Steck­verbinder, die niederpegelige analoge Signale bereitstellen, die proportional zur Hoch­spannungsausgangsspannung und zum Ausgangsstrom sind. Der Spannungsmonitor liefert typischerweise eine herunterskalierte Nachbildung der Hoch­spannungsausgangsspannung (z. B. 1/1000 der tatsächlichen Ausgangsspannung – ein 4-kV-Ausgang würde am Monitor also als 4 V angezeigt). Entsprechend gibt der Strommonitor eine Spannung aus, die proportional zum Laststrom ist (z. B. 0,1 V pro mA Ausgangsstrom, als hypothetische Skalierung). Durch Anschluss dieser Monitor-BNCs an ein Oszilloskop, ein Multimeter oder ein Datenerfassungs­system können Sie das Verhalten des Verstärkers in Echtzeit beobachten, ohne eine Hoch­spannungstastspitze zu benötigen. Das ist nicht nur bequemer, sondern auch deutlich sicherer, da die Messgeräte auf niedrigem Potential bleiben. Die Monitorausgänge sind kalibriert und als genaue Abbildungen ausgelegt, was zur insgesamt kalibrierten Ausführung des Verstärkers passt. Damit können Sie die tatsächliche Ausgangswellenform einfach aufzeichnen oder prüfen, ob die richtige Spannung/der richtige Strom an Ihr Experiment geliefert wird.

Jeder 609E-6-Verstärker wird werksseitig vollständig kalibriert ausgeliefert. Tatsächlich wird jede Einheit von einem NIST-rückführbaren Kalibrierzertifikat begleitet, d. h. Messwerte und Ausgangspegel wurden vor dem Versand anhand nationaler Normale (des National Institute of Standards and Technology) überprüft. Das gibt Ihnen die Sicherheit, dass Spannungs- und Strommesswerte sowie die Verstärkungsgenauigkeit beim Erhalt des Verstärkers die spezifizierten Toleranzen einhalten. Im Laufe der Zeit und bei regelmäßiger Nutzung können alle Präzisionsinstrumente driften; daher empfiehlt es sich, den Verstärker in den empfohlenen Intervallen (z. B. jährlich oder zweijährlich – abhängig von Ihren Qualitätsanforderungen) nachkalibrieren zu lassen. Es stehen erweiterte Kalibrierservices zur Verfügung, um das Gerät erneut zu kalibrieren und zu zertifizieren, damit es innerhalb der Spezifikation bleibt. Direkt nach dem Auspacken können Sie jedoch sicher sein, dass keine zusätzliche Kalibrierung erforderlich ist, um den 609E-6 in Präzisionsanwendungen in Betrieb zu nehmen.

Die 609E-6-Serie ist in zwei Netzanschluss-Varianten erhältlich, um unterschiedliche regionale Strom­versorgungs­systeme zu unterstützen. Die Variante 609E-6-H-CE (die wir hier behandeln) ist für hohe Netzspannung (ca. 200–250 VAC) ausgelegt und deckt damit die üblichen 220–240 V AC-Netze ab, wie sie im Vereinigten Königreich, in der EU und vielen anderen Regionen verwendet werden. Sie arbeitet mit einer Netzfrequenz von 50 oder 60 Hz. Wenn Sie den Verstärker stattdessen an einem nordamerikanischen Netz betreiben müssen, gibt es die Variante 609E-6-L, die für einen Eingang von 90–127 VAC (typischerweise 115 V AC nominal) ausgelegt ist. Es ist wichtig, die für Ihre lokale Netzspannung korrekte Version zu verwenden, da sich die beiden Versionen intern unterscheiden (der Verstärker verfügt nicht über eine automatische Umschaltung zwischen 115 und 230 V). Zusammengefasst: Für den Einsatz in UK/Europa verwenden Sie das „-H“-Modell an 230 V, für USA/Japan das „-L“-Modell an 115 V. Stellen Sie stets sicher, dass der Spannungswahlschalter bzw. die Beschriftung auf der Rückseite des Geräts zu Ihrer Versorgung passt, und verwenden Sie ein entsprechend ausgelegtes Netzkabel (der Verstärker wird in der Regel mit dem passenden AC-Netzkabel für die Kaufregion geliefert).

Ja, der Verstärker lässt sich mithilfe eines optionalen Rack-Montagekits in ein Rack einbauen. Das Gehäuse des Geräts selbst ist etwa 432 mm (17 inches) breit, was im Wesentlichen der vollen Rackbreite abzüglich eines kleinen Randes entspricht. Der Hersteller bietet einen Rack-Montageadapter (Modell 607RA kit) an, der am Verstärker befestigt wird und den Einbau in ein Standard-19-inch-Geräterack ermöglicht. Es gibt Ausführungen des Rack-Kits, die unterschiedliche Rackloch-Standards unterstützen (z. B. EIA oder JIS). Mit diesem Kit können Sie den 609E-6 zusammen mit anderen Geräten in einem Rackschrank befestigen. Ohne das Kit ist der Verstärker für die Aufstellung auf einer Werkbank oder einem Regal ausgelegt und verfügt über stabile Füße, die sein Gewicht von ca. 13 kg tragen. Je nach Aufbau haben Sie somit die Flexibilität, ihn als Tischgerät zu verwenden oder nahtlos in ein rackmontiertes System zu integrieren.