HVA Breitband-Spannungsverstärker

Wählen Sie das schmalbandigste Modell, das die höchste Frequenz und Flankensteilheit noch durchlässt, die für die Messung erhalten bleiben müssen. Die 10-MHz-Varianten haben eine Anstiegs-/Abfallzeit von 35 ns und eignen sich für langsamere Pulse, Detektorausgänge und Transientenmessungen, die keine Bandbreite im Bereich mehrerer hundert Megahertz erfordern. Die 200-MHz-Modelle reduzieren die Anstiegs-/Abfallzeit auf 1,8 ns, während der HVA-500M-20-B eine obere Grenzfrequenz von 500 MHz und eine Anstiegs-/Abfallzeit von 750 ps bietet. Wer 500 MHz wählt, obwohl 10 MHz ausreichen, setzt die Messkette zusätzlichem Breitbandrauschen aus. In der Praxis sollten Sie benötigte Anstiegszeit, Signalharmonische und Instrumentenbandbreite vergleichen und dann eine passende Reserve einplanen, statt automatisch das breitbandigste Modell zu wählen.

Wählen Sie ein Modell mit B-Eingang für impedanzangepasste 50-Ω-Systeme und ein Modell mit F-Eingang, wenn die Signalquelle nicht stark belastet werden darf. Die B-Varianten bieten geringere Spannungsrauschdichten, darunter 0,9 nV/√Hz beim 10-MHz-Modell mit 60 dB und 1,2 nV/√Hz beim 200-MHz-Modell mit 40 dB. Die F-Varianten haben einen 1-MΩ-Eingang und deutlich niedrigere Eingangsbiasströme von 2 pA bzw. 10 pA, ihre Spannungsrauschdichten liegen jedoch höher, nämlich bei 4,7 bzw. 4,5 nV/√Hz. Zusätzlich sind sie für transiente Eingangssignale bis 200 V ausgelegt, wenn das transiente Signal aus einer 200-pF-Quelle stammt. Die richtige Wahl hängt daher von Quellenimpedanz, zulässiger Belastung, Empfindlichkeit gegenüber Biasstrom und der geforderten Rauschperformance ab.

Verwenden Sie DC-Kopplung, wenn der absolute Signalpegel, die Pulsbasislinie oder niederfrequente Signalanteile erhalten bleiben müssen. Die 10- und 200-MHz-Modelle lassen sich außerdem auf AC-Kopplung umschalten, mit einer unteren Grenzfrequenz von 1 kHz bei den Versionen mit B-Eingang und 1 Hz bei den Versionen mit F-Eingang. AC-Kopplung kann einen konstanten DC-Anteil entfernen, kann aber zu Basislinienverschiebungen oder Pulsunterschwingen führen, wenn das Signal lange Pulse oder wechselnde digitale Muster enthält. Das 500-MHz-Modell ist ausschließlich DC-gekoppelt und unterstützt damit Flankenmessungen im Subnanosekundenbereich ohne Hochpassverhalten durch AC-Kopplung. Der einstellbare Ausgangsoffset sollte genutzt werden, um die Basislinie zu positionieren und gleichzeitig ausreichend Aussteuerungsreserve am Ausgang für die erwartete Signalauslenkung zu erhalten.

Ja, die Verstärker verfügen über einen 50-Ω-Ausgang und sind für den Betrieb an einer 50-Ω-Last ausgelegt, um die spezifizierte Leistung zu erreichen. Die 10-MHz-Modelle bieten an 50 Ω einen linearen Ausgangsbereich von ±3,5 V, die 200- und 500-MHz-Modelle dagegen ±1 V. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 100 mA bei den 10- und 500-MHz-Versionen und 60 mA bei den 200-MHz-Versionen. Ein korrekt abgeschlossener 50-Ω-Koaxial-Signalweg reduziert außerdem Reflexionen bei der Messung schneller Flanken und kurzer Pulse. Das Oszilloskop kann seinen internen 50-Ω-Abschluss oder einen geeigneten externen Abschlusswiderstand verwenden, die resultierende Last und Signalamplitude sollten jedoch vor dem Anschluss geprüft werden.

Die ungefähre Eingangsgrenze lässt sich abschätzen, indem der lineare Ausgangsbereich durch die gewählte Spannungsverstärkung geteilt wird. Bei einem 10-MHz-Modell liegen die nominalen Grenzwerte auf Basis des Ausgangsbereichs von ±3,5 V bei etwa ±35 mV bei 40 dB Verstärkung und ±3,5 mV bei 60 dB Verstärkung. Bei den 200-MHz-Varianten ergeben sich aufgrund ihres Ausgangsbereichs von ±1 V ungefähr ±100 mV bei 20 dB und ±10 mV bei 40 dB. Beim 500-MHz-Modell ergeben sich bei der festen Verstärkung von 20 dB ebenfalls ungefähr ±100 mV. Diese berechneten Werte sind ideale Grenzwerte; in der Praxis sollte das Design daher Reserve für Eingangsoffset, DC-Signalanteile, Rauschen, Überschwingen und die Einstellung des Ausgangsoffsets vorsehen.

Jedes Modell benötigt eine geregelte bipolare Versorgung von ±15 V über einen 3-poligen Stromanschluss. Pin 1 führt +15 V, Pin 2 führt −15 V und Pin 3 ist Masse; daher sollten Polarität und Erdung geprüft werden, bevor die Versorgungsspannung angelegt wird. Der typische Strom beträgt bei den 10- und 200-MHz-Modellen ±70 mA und beim 500-MHz-Modell ±40 mA; empfohlen wird jedoch eine Mindestlieferfähigkeit der Versorgung von ±150 mA. Die absolute Maximalangabe von ±20 V ist eine Schutzgrenze und keine alternative Betriebsspannung. Eine rauscharme Versorgung und kurze, sauber geführte Verbindungen helfen dabei, Störungen auf den Versorgungsschienen aus der Kleinsignalmessung fernzuhalten.

Die Eingangs-Spannungsrauschdichte ist für den Vergleich von Frontends nützlich, sollte jedoch nicht losgelöst von Bandbreite, Quellenimpedanz und integriertem Rauschen betrachtet werden. Bei höheren Verstärkungseinstellungen spezifizieren die 10- und 200-MHz-Modelle mit B-Eingang 0,9 nV/√Hz bzw. 1,2 nV/√Hz, während die hochohmigen F-Versionen 4,7 bzw. 4,5 nV/√Hz angeben. Das integrierte Eingangsrauschen steigt von 20 µV Spitze-Spitze beim 10-MHz-B-Modell mit 60 dB auf 150 µV beim 200-MHz-B-Modell mit 40 dB und 0,5 mV beim 500-MHz-Modell. Das zeigt, warum ungenutzte Bandbreite das insgesamt in die Messung eingebrachte Rauschen erhöhen kann. Bei der Modellauswahl sollten daher Bandbreite, Verstärkung, Quellenbelastung und das kleinste noch aufzulösende Signal gegeneinander abgewogen werden.