Was ist ein Hochspannungs-Operationsverstärker?
Hochspannungs-Operationsverstärker (Englisch: High Voltage Operational Amplifier) sind Operationsverstärker, die mit Eingangs- und Ausgangsspannungen von zehn bis hunderten von Volt arbeiten können. Sie werden eingesetzt, wenn es um Spannungsbereiche geht, die von Standard-Operationsverstärkern nicht abgedeckt werden können.
Wenn sie eingesetzt werden, müssen sie ordnungsgemäß ausgelegt werden, einschließlich Schutzschaltungen, die den Vorschriften und Sicherheitsanforderungen im Zusammenhang mit hohen Spannungen Rechnung tragen. In einigen Fällen entsteht aufgrund des hohen Stroms Wärme, so dass die Auslegung der Wärmeableitung und der Wärmeschutz ebenfalls wichtig sind.
Anwendungen von Hochspannungs-Operationsverstärkern
Hochspannungs-Operationsverstärker sind eine Option für Anwendungen, bei denen hohe Spannungen nicht durch den Betriebsspannungsbereich von Standard-Operationsverstärkern abgedeckt werden können.
Beispiele hierfür sind Piezo-Wandler, die in Tintenstrahldruckern und Ultraschallwandlern verwendet werden, automatische Prüfgeräte zum Testen anderer ICs und Module sowie Laserdioden mit hoher Helligkeit, die in lichtbasierten Erkennungs- und Entfernungsmesssystemen verwendet werden und eine präzise Steuerung bei hohen Spannungen erfordern. In diesen Anwendungen kommen Hochspannungs-Operationsverstärker zum Einsatz.
Funktionsweise von Hochspannungs-Operationsverstärkern
Hochspannungs-Operationsverstärker arbeiten im Wesentlichen wie Standard-Operationsverstärker und verstärken die Potenzialdifferenz zwischen dem invertierenden und dem nichtinvertierenden Eingang mit einer sehr hohen Verstärkung. Sie können wie Standard-Operationsverstärker verwendet werden, mit hoher Eingangsimpedanz, niedriger Ausgangsimpedanz und einem imaginären Kurzschluss zwischen den beiden Eingangsanschlüssen.
Um höhere Spannungsbereiche zu erreichen, können Standard-Operationsverstärker mit externen Komponenten kombiniert werden, um die Ausgangsspannung zu erhöhen. Die Probleme sind jedoch, dass die Schaltung komplex und kostspielig ist, dass es viele Bauteile und Einschränkungen beim Platinenlayout gibt, und dass der Ausgang durch Variationen der Bauteileigenschaften und des Platinenlayouts beeinflusst wird, was zu Verzerrungen und einer Verschlechterung der Linearität führt.
Durch den Einsatz von Hochspannungs-Operationsverstärkern lassen sich diese Probleme lösen. Einige ICs sind auch als Einzel-IC mit ESD-Schutzschaltungen, Boost-Schaltungen zur Beschleunigung der Anstiegsgeschwindigkeit, Schaltungen zur stabilen Ansteuerung von kapazitiven und induktiven Lasten sowie Übertemperatur- und Überstromschutzschaltungen verpackt, was das Design erleichtert.