Spannungsverstärker mit OPV

Der DDS-Frequenzgenerator von ELV liefert nur ±1 V. Gelegentlich werden 10 V gebraucht. Bei nur mäßigen Ansprüchen an den Frequenzbereich genügt hier ein universeller Doppel-OPV, der steckbar ist, falls man etwas andere Kennwerte braucht.

Da man diesen Verstärker sowieso meistens zusammen mit dem DDS130 benötigt, wurde dieser kurzerhand in das Gehäuse mit eingebaut. Platz ist ja dafür vorhanden. Ein DC/DC-Wandler versorgt die Baugruppe potenzialgetrennt vom USB.

Der OPV mit der höchsten Ausgangsspannung, den man als kostenloses Muster bei TI bekommt, ist der OPA454. Sein Gehäuse erfordert eine Leiterplatte, denn durch seinen recht hohen Ausgangsstrom muss die Verlustleistung durch ein kleines PowerPad auf der Gehäuseunterseite abgeführt werden. Hier genügt eine einseitige Platine mit wenigen Drahtbrücken.

Spezielle spannungsfeste Längregler aus DDR-Zeiten, B3171 und B3371, stellen die Versorgung mit ± 50 V sicher. Auch der Trafo stammt aus DDR-Altbeständen. Im Gehäuse BOPLA KS430 ist's dann dicht gedrängt: Alles dreht sich um den Trafo und den Kühlkörper. Die Netzsicherung ist zum zusätzlichen Berührschutz extra gekapselt. Damit ist die Schaltung auch bei geöffnetem Gehäuse (beim Abgleich) hinreichend berührsicher. (Nicht zu verwechseln mit Schutzklasse II bei geschlossenem Gehäuse!)

Geräteansicht
Gerät innen
Schaltplan
Platinenlayout und Bestückung

Ein geradeso bezahlbarer, aber mit 250 € trotzdem sündhaft teurer OPV mit der höchsten Ausgangsspannung ist der PA94. Gegenüber einer zu Fuß aufgebauten diskreten Verstärkerschaltung hat man immerhin garantierte technische Daten bei Slew-Rate und maximaler Ausgangsfrequenz. Damit lassen sich auch unbekannt große Piezoaktoren sinnvoll steuern.

Wie auch beim vorherigen ± 50-V-Modell wird ganz auf geschaltete Technik verzichtet. Dem größeren Leistungshunger wird ein wesentlich größeres Altgehäuse aus DDR-Beständen gerecht. Das Gehäuse besteht konstruktiv aus einem Innenskelett, was die Bauteile für den Service perfekt zugänglich hält, und der Außenverkleidung. Zum Innenskelett gehören die Frontplatte mit den Bedienelementen sowie die Kühlrückwand: Ein spezielles Frästeil aus einem Kühlprofil heraus bildet die Rückwand, sodass keine aktive Kühlung mit einem störenden Lüfter erforderlich ist. Als Trafo kommt ein 230V-400V-Trenntrafo von RS zum Einsatz. Vorgesehen wurde ein doppelter Aufbau mit einer Verschaltungsmöglichkeit als Brückenverstärker; der PA94 wird dann leider 2× benötigt. In der ersten Ausbaustufe wird der zweite PA94 vorerst weggelassen, bis ein Geldsegen für Nachschub sorgt.

Um maximale Sicherheit sowohl für die Spannung gebende Schaltung als auch für den Piezo und den Menschen zu bieten, sind folgende Schaltungsdetails eingebaut:

• Eingangs-OPV zur zusätzlichen Entkopplung mit einstellbarer Verstärkung 1 .. 100
• Minimal- und Maximal-Ausgangsspannungsbegrenzung
• In Stufen schaltbare Ausgangsstrombegrenzung 1 mA .. 200 mA
• Ausgabe der Ausgangsspannung 45:1 geteilt am Kontrollausgang
• Vorgebbare Offsetspannung auf Wechselspannungssignal
• Alle Potenziometer mit kalibrierten Skalen
• Absichtlich nichtlineare Skalen zur präziseren Einstellbarkeit kleinerer Spannungen

Etwas schade ist, dass der Trafo mit 50 VA etwas zu klein ist; 100 VA würde hier (rechnerisch) besser passen, ist aber nicht lieferbar.

Der Trafo ist vorn, um weit weg von der Hauptwärmequelle zu sein, und damit sich kurze Leitungen zwischen der Steuerplatine und den Endstufen ergeben. Der einzige Nachteil dieses Konzepts sind lange Leitungen zu den Bedienelementen (Potenziometer). Die meisten davon führen nur unkritische Gleichspannung. Die umschaltbaren Shunts sind an gesonderten Platinen am Stufenschalter untergebracht, um Adern zu sparen.

Hoppla, die popeligen Festspannungsregler 78L15 von ST haben einen Siliziumfehler!