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高速電圧増幅器/電流出力型増幅器 セレクションガイド

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高速電圧増幅器/電流出力型増幅器 セレクションガイド
(株)東陽テクニカ 理化学計測部
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〔1〕サンプルの種類


サンプルが誘電体(強誘電体も含む)か、誘導性物質(コイル等)か、抵抗成分だけかにより選択する機種が異なります。

また、誘電体の場合は、その容量でも機種が異なります。
これらについて以下の表にまとめます。
サンプル
適合機種
備  考
誘電体
(サンプル容量350pF以下)
HVAシリーズ
Fシリーズ、Aシリーズ
F30PV、F70PV
P150、P200
表記仕様は、このサンプルを標準としています。
誘電体
(サンプル容量350pF以上1nF以下)
HVAシリーズ
Fシリーズ、Aシリーズ
F30PV、F70PV
P150、P200
サンプル容量が約3倍大きくなるため、スルーレート・周波数帯域は1/3程度になります。
誘電体
(サンプル容量1nF以上)
HVAシリーズ
F30PV、F70PV
P150、P200
サンプル容量が非常に大きくなるため、Fシリーズ・Aシリーズはスルーレートが遅くなり、使用できません。
誘導性サンプル・抵抗性サンプル F30PV、F70PV
P150、P200
大きいDC出力電流が必要となるため、左記の電圧増幅器しか使用できません。
燃料電池等電流出力型
電圧増幅器を使用する場合
6310、6312 印加電圧に応じて電流を出力します。

上記出力電流仕様を超える使用条件で使用する場合、オーバーシュートが起きる可能性があります。その為、その可能性がある場合は(主にスルーレート仕様、負荷条件が上記を超える場合に起こります)、電圧入力部にフィルタ等を接続しスルーレートを制御する等を行う事が必要です。相談下さい。 
 

〔2〕最大電流

 
容量性負荷を接続する場合の最大電流 Imaxは、以下にて計算します。
(1)サイン波の場合
  以下の式で最大電流 Imax を計算します。
    Imax = Cload * 2πF * Vpeak
  ここで、Cloadは負荷容量、Fは印加するサイン波の周波数、Vpeakは印加するサイン波のピーク電圧(実効値の場合は1.41 を乗じます)です。
 
(2)三角波の場合
  以下の式で最大電流 Imax を計算します。
    Imax = Cload * 4F * Vpeak
  ここで、Cloadは負荷容量、Fは印加する三角波の周波数、Vpeakは印加する三角波のピーク電圧です。
 
(3)矩型波の場合
  以下の式で最大電流 Imax を計算します。
    Imax = Cload * dVpeak / dTrise
  ここで、Cloadは負荷容量、dVpeakは印加する矩型波のピーク電圧、dTriseは必要な立ち上がり時間です。
   

〔3〕スルーレート

 
スルーレートとは、矩形波やパルスをサンプルに印加した場合の立上りスピードを表します。
通常1usecの間に何V立ち上がれるかを記述します。(単位としてV/usecを使用します)。
 
例として、350pFのサンプルにパルス幅1usec、電圧±200Vの単発パルスを出力する場合を考えてみます。
HVA500型とA400型の比較をします。これらの主な項目を比較すると下表の様になります。
 
 
HVA500型
A400型
スルーレート
3000V/us
300V/us
-200Vから+200Vまでの立ち上り時間
133nsec *1
1333nsec *2
*1:(400V†/3000V)×1usec = 133nsec (†:-200Vから+200Vまでは400Vpp) 
*2:(400V†/300V)×1usec = 1333nsec


上記表より、立上り時間がHVA500型では133nsecとパルス幅の1usecより短い為、きちんとパルス出力できます。しかし、A400型は立上り時間が1333nsecとパルス幅の1usecを越えてしまいパルス出力となりません。
そのため、このアプリケーションではHVA500型が必要となります。
 

〔4〕周波数帯域

 
周波数帯域は、その電圧増幅器がどの周波数のサイン波まで出力できるか表記したものです。また、通常出力が入力信号の電圧よりも3dB下がる点(約30%ダウン)の周波数で表します。
例えば、F10A型で1MHz のサイン波±10V入力波形を増幅しますと、出力電圧は±70Vしかなりません。周波数特性表より±100Vの出力が得られる周波数は500~700kHz程度となります。
そして、周波数帯域表示には、小信号帯域と大信号帯域の2種類があります。電圧増幅器の出力電圧仕様一杯の電圧を出力する時はその周波数が大信号帯域を満たしているか確認がすることが必要となります。
電圧増幅器の周波数帯域仕様表記の中には、大信号帯域表記されていないものがあります。その場合、電圧増幅器の最大振幅を印加する場合の最大周波数は、仕様表の周波数帯域よりも低くなります。 また周波数仕様は、上記の様に通常出力が3dB下がるところの仕様でもあり更に下がりますので注意が必要です。
 

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