Realisierung des Hochspannungsverstärkers

Als aktive Elemente der Hochspannungsendstufe wurden MOSFETs wegen ihrer schnellen Schalteigenschaften ausgewählt. Abb. 16 zeigt die Prinzipschaltung von zwei Varianten der realisierten Hochspannungsverstärker.

  

Abbildung 15: Komponenten der Arrayansteuerung

  

Abbildung: Prinzipschaltbild für zwei Versionen des Ansteuerverstärkers

In der Variante A wurde ein großer Leistungs-MOSFET eingesetzt, der jedoch hohe Kapazitäten besitzt. In der Version B kommen MOSFETs mit um den Faktor 10 kleineren Kapazitäten zum Einsatz. Diese Transistoren haben jedoch eine maximal zulässige Drain-Source Spannung von 600 V, so daß zwei von ihnen in einer Totem-Pole-Schaltung kaskadiert werden müssen. Da die Ausgangskapazitäten der verwendeten Transistoren um wenigstens 100 mal größer sind als die Last, bestimmen sie die dynamischen Eigenschaften des Verstärkers. Abb. 17 zeigt die Frequenzgänge der beiden Verstärkervarianten.

  

Abbildung: Amplitudengang für zwei Versionen des Hochspannungsverstärkers

Die kleineren Transistorkapazitäten der Schaltung B ermöglichen trotz der Totem-Pole-Anordnung die mehr als doppelt so hohe Grenzfrequenz von 28 kHz und im Impulsbetrieb eine dreifach kleinere Anstiegs- und Abfallzeit. Störend ist die hohe hochspannungsseitige Leistungsaufnahme von fast 1,5 W. Um zumindest die Leistungsaufnahme im quasistatischen Betrieb zu reduzieren, muß die Ausgangskapazität der Endstufe durch aktive Bauelemente ge- und entladen werden. Die für eine Komplementärendstufe benötigten p-Kanal Transistoren sind jedoch für hohe Spannungen nicht verfügbar. Eine Verringerung der statischen Verlustleistung ist somit unter Verwendung üblicher Transistoren nur auf Kosten der Verstärkerdynamik zu erreichen.

  

Abbildung: Amplitudengang für zwei Versionen des Hochspannungsverstärkers

Abb. 18 zeigt ein Doppel-Verstärkermodul, das zur Ansteuerung beider Elektroden eines Spiegels verwendet werden kann [30], [31]. Zu Möglichkeiten der kapazitiven Lagebestimmung, die erst eine Lageregelung ermöglicht, wird im Teilprojekt C2 berichtet.