|
Aussteuergrenzen für Piezoverstärker
Die Bandbreite eines Verstärkers mit einem gegebenen Piezoaktor hängt von der Verstärkerleistung, dem Verstärkerdesign und der Kapazität der Piezokeramik ab. In hochdynamischen Anwendungen benötigen Piezos hohe Lade- und Entladeströme. Dabei kommt, speziell bei sinusförmigem Betrieb oder bei Pulsbetrieb, dem Spitzenstrom eine besondere Bedeutung zu. Piezoverstärker von PI sind deshalb so ausgelegt, dass sie hohe Spitzenströme abgeben und aufnehmen können. Wird ein Verstärker mit einer Last und Frequenz betrieben, bei der er nicht mehr den erforderlichen Strom aufbringen kann, kommt es zur Verzerrung des Ausgangssignals.
Für jedes Verstärkermodell wurden die Aussteuergrenzen mit verschiedenen Piezolasten in Abhängigkeit von der Frequenz und Ausgangsspannung gemessen und graphisch dargestellt, um die Auswahl zu erleichtern. Die Messungen wurden nach 15 Minuten Dauerbetrieb (Piezo und Verstärker) bei Zimmertemperatur durchgeführt. Im kalten Zustand nach dem Einschalten kann kurzzeitig mehr Leistung zur Verfügung stehen.
Die angegebenen Kapazitätswerte sind die Kleinsignalwerte realer Piezoaktoren und liegen im Betrieb deutlich höher als die von Kondensatoren mit gleichem Nennwert. Die Kapazitäten der Aktoren wurden bei 1 V, 1000 Hz, 20°C ohne mechanische Last ermittelt. Großsignalwerte bei Raumtemperatur liegen 30 bis 50% höher. Die Kapazität von Piezokeramik ändert sich mit der Aussteueramplitude, Temperatur und Last um bis zu 200% des unbelasteten Kleinsignalwertes bei Raumtemperatur.
Die in den Graphiken angegebenen Piezokapazitäten stellen deshalb eine höhere Last für den Verstärker dar als eine vergleichbare Ersatzkapazität (s. a. "Tutorium", Seite Link).
|
|
Hinweis
Nachdem die Aussteuergrenze des Verstärkers erreicht ist, muss bei weiter ansteigenden Frequenzen die Amplitude der Steuerspannung im gleichen Verhältnis reduziert werden, wie die Ausgangsspannung abfällt. Dies ist wichtig, da der Strombedarf kontinuierlich mit der Frequenz ansteigt. Ansonsten wird das Ausgangssignal verzerrt.
Beispiel: Der E-503 (E-663) Verstärker kann bei einem Spannungshub von 100 V eine Piezokapazität von 23 µF mit einer maximalen Frequenz von ca. 15 Hz betreiben (bei Sinusansteuerung). Bei höheren Frequenzen fällt die Aussteuergrenze zurück, z.B. bei 20 Hz auf 80 V. Um bei dieser Frequenz ein verzerrungsfreies Ausgangssignal zu erhalten, muss der Eingangsspannungshub auf 8 V (Spannungsverstärkung = 10) reduziert werden.
|
