PZD700A-1-H-CE Piezotreiber und Hoch­spannungsverstärker 700 V, 100 mA

Die bipolare Version des PZD700A bietet einen symmetrischen Ausgangsbereich von ±700 V (d. h., sie kann positive oder negative Spannungen bis 700 V ausgeben) bei einem maximalen Ausgangsstrom von ±100 mA. Die unipolare Version ist für einen einseitigen Hoch­spannungsausgang konfiguriert: Sie kann 0 bis +1400 V ausgeben (oder alternativ 0 bis –1400 V, wenn sie für negative Polarität bestellt wird) bei einem maximalen Strom von ±50 mA. In der Praxis wählen Sie das bipolare Modell, wenn Ihre Anwendung sowohl positive als auch negative Spannungen benötigt, z. B. für schwingende oder bidirektionale Signale. Wählen Sie das unipolare Modell, wenn Sie nur in eine Richtung eine höhere Spannung benötigen (bis 1,4 kV) und Ihre Anforderungen an den Laststrom geringer sind. Beide Versionen verfügen – abgesehen von den Spannungs- und Stromgrenzen – über die gleiche Bandbreite und die gleichen allgemeinen Leistungsmerkmale.

Der PZD700A wurde speziell dafür entwickelt, kapazitive und andere reaktive Lasten sicher und effektiv anzusteuern. Er nutzt eine Vier-Quadranten-Ausgangsstufe, d. h., er kann sowohl Strom liefern als auch Strom aufnehmen. Beim Ansteuern eines kapazitiven Piezoaktors kann der Verstärker beispielsweise Strom liefern, um den Aktor schnell aufzuladen, und zugleich den Rückstrom aufnehmen, wenn der Aktor entlädt oder das Ansteuersignal reduziert wird. Dieses Design verhindert Spannungsüberschwingen und Nachschwingen und sorgt selbst bei stark reaktiven (kapazitiven) Lasten für eine stabile, kontrollierte Reaktion. Darüber hinaus ist der Ausgang des Verstärkers gegen Kurzschlüsse und Spannungsspitzen (Lichtbögen) geschützt, wie sie in reaktiven oder Hoch­spannungs­systemen auftreten können, sodass er die plötzliche Energierückspeisung solcher Lasten ohne Schäden verkraftet.

„Kleinsignalbandbreite“ bezeichnet den Frequenzbereich, in dem der Verstärker Signale kleiner Amplitude (typischerweise einige Prozent des vollen Ausgangs) mit minimaler Dämpfung (bis zum –3-dB-Punkt) wiedergeben kann. Beim PZD700A liegt die Kleinsignalbandbreite bei über 200 kHz; das bedeutet, dass er schnellen, niederamplitudigen Spannungsänderungen (oder hochfrequenten AC-Wellenformen) bis etwa 200 kHz folgen kann. Die „Großsignalbandbreite“ hingegen wird für Signale angegeben, die nahezu über die volle Ausgangsspannung ausgesteuert werden. Die Großsignalbandbreite des PZD700A beträgt am –3-dB-Punkt für Signale mit maximaler Amplitude etwa 120–125 kHz. Praktisch heißt das: Wenn Sie einen Hoch­spannungsausgang im Bereich mehrerer zehn kHz treiben müssen (z. B. eine 100-kHz-Sinuswelle mit einigen hundert Volt Amplitude), kann der Verstärker das leisten. Bei Frequenzen oberhalb seiner Großsignalbandbreite beginnt die Ausgangsamplitude abzufallen, und die Wellenform kann verzerren. Für sehr kleine Signale kann er etwas höhere Frequenzen verarbeiten; für die beste Wiedergabetreue sollten Sie jedoch generell innerhalb der spezifizierten Bandbreitengrenzen arbeiten.

Die Anstiegsrate (Slew Rate) des PZD700A beträgt etwa 380 V/µs (bei der bipolaren Ausführung, bei der unipolaren etwa 370 V/µs). Die Anstiegsrate gibt an, wie schnell der Verstärker seine Ausgangsspannung ändern kann. Beispielsweise bedeutet 380 V/µs, dass der Ausgang theoretisch innerhalb einer Mikrosekunde um 380 Volt umschalten kann (unter Idealbedingungen). Diese hohe Anstiegsrate ist wichtig für Anwendungen, die sehr schnelle Spannungsübergänge oder Impulse erfordern. Eine hohe Anstiegsrate stellt sicher, dass bei einem schnell veränderlichen Eingangssignal (z. B. einem Rechtecksignal oder einem schnellen Spannungssprung) der Ausgang ohne unnötige Verzögerung schnell ansteigen oder abfallen kann. In piezoelektrischen oder elektrooptischen Anwendungen führt eine höhere Anstiegsrate zu einer schnelleren Aktorreaktion, kürzeren Einschwingzeiten und der Fähigkeit, hochfrequente Signalanteile ohne Verzerrungen anzusteuern. Zusammengefasst ermöglicht die hohe Anstiegsrate des PZD700A eine präzise Wiedergabe schneller Wellenformänderungen und steiler Impulse bis an die Grenzen seiner Bandbreite.

Der PZD700A arbeitet als linearer Leistungsverstärker. Sie stellen ein analoges Eingangssignal bereit (z. B. von einem Funktionsgenerator oder DAC), und der Verstärker erhöht dieses Signal am Ausgang auf eine höhere Spannung. Die Verstärkung des Verstärkers ist über ein Frontplatten-Potentiometer (oder eine Steuerschnittstelle) vom Benutzer bis zu 300 V/V einstellbar. Wenn Sie beispielsweise eine Verstärkung von 100 V/V einstellen und ein Signal mit 5 V Spitze einspeisen, beträgt die Ausgangsspannung 500 V Spitze. Bei der maximalen Verstärkung von 300 V/V ergibt ein Eingang von 2,33 V eine Ausgangsspannung von ungefähr 700 V. Diese Einstellbarkeit ermöglicht es, den Verstärker für unterschiedliche Eingangsbereiche und gewünschte Ausgangshübe fein abzustimmen. Die Eingangsimpedanz ist typischerweise hoch (um Ihre Signalquelle nicht zu belasten), und das Gerät ist DC-gekoppelt, d. h. es verstärkt sowohl statische DC-Eingänge als auch AC-Signale. Zusammengefasst steuern Sie den Ausgang, indem Sie ein Niederspannungssignal einspeisen und die passende Verstärkung einstellen; der PZD700A verstärkt dieses Signal dann getreu auf Hoch­spannung.

Ja. Der PZD700A ist DC-stabil, das heißt, er kann dauerhaft eine konstante DC-Spannung (bis zum Maximum seines Bereichs) ausgeben. Das ist nützlich für Anwendungen, die eine feste, hohe Bias-Spannung benötigen. Er kann auch AC-Wellenformen (Sinus, Rechteck, beliebige Signale) bis zu hohen Frequenzen ausgeben (innerhalb der Bandbreitengrenzen). Der Verstärker bildet im Wesentlichen die Form Ihres Eingangssignals auf einem deutlich höheren Spannungsniveau nach. Da er eine DC-gekoppelte Ausgangsstufe hat, gibt es keine Modulation bzw. keine Mindestfrequenz – Sie können von 0 Hz (DC) bis in den spezifizierten kHz-Bereich arbeiten. Beachten Sie, dass bei sehr hohen Frequenzen oder sehr schnellen Änderungen die Ausgangsamplitude aufgrund der Bandbreitenbegrenzung zu dämpfen beginnen kann; insgesamt ist er jedoch in der Lage, sowohl langsam veränderliche DC-Ausgänge als auch schnelle AC-Transienten zu treiben. Diese Flexibilität macht ihn für ein breites Spektrum an Aufgaben geeignet – von der Bias-Vorspannung in Experimenten mit stabiler Hoch­spannung bis hin zur Ansteuerung dynamischer Tests und Wellenformen in der Materialforschung oder Gerätecharakterisierung.

Der PZD700A verfügt über mehrere Schutzfunktionen, um sowohl das Gerät selbst als auch Ihre Last zu schützen. Erstens besitzt er eine automatische Leistungsbegrenzung, die den Ausgang überwacht und verhindert, dass der Verstärker seine sicheren Ausgangsleistungsgrenzen überschreitet – das hilft, Überhitzung und Bauteilbelastung bei abnormalen Lastbedingungen zu vermeiden. Zweitens ist die Ausgangsstufe für Kurzschlüsse ausgelegt: Wird der Ausgang versehentlich kurzgeschlossen oder zieht die Last zu viel Strom, begrenzt der Verstärker den Strom, um seine Transistoren zu schützen. Drittens kann es bei Hoch­spannungsanwendungen in der Last zu „Überschlägen“ (plötzliche Entladung bzw. Funkenbildung) kommen – der Ausgang des PZD700A ist gegenüber kurzen Überschlagsereignissen robust und erholt sich ohne Schaden. In der Praxis kann es vorkommen, dass der Verstärker bei einem direkten Kurzschluss oder Überschlag in die Strombegrenzung geht oder kurzzeitig abschaltet; sobald der Fehler behoben ist, nimmt er den Normalbetrieb wieder auf. Zusätzlich wird jede Einheit mit einem Kalibrierzertifikat geliefert und durchläuft umfassende Tests, sodass Sie darauf vertrauen können, dass die Schutzmechanismen wie spezifiziert funktionieren. Dennoch ist es stets gute Praxis, innerhalb der angegebenen Grenzwerte zu arbeiten und geeignete Verfahren für den Umgang mit Hoch­spannung anzuwenden, um die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass diese Schutzfunktionen auslösen.