高電圧増幅器
GBｺﾝﾃﾞﾝｻによる高電圧増幅器の性能改善 その2(3段接続)
出力段mosFETを正負各3段で構成した
GBｺﾝﾃﾞﾝｻ
の働きを説明します
Fig 33-1
mosFET正負各3段ので構成した±3kV出力の高電圧増幅器です。
Q101のｹﾞｰﾄとQ202のｹﾞｰﾄ間にGBｺﾝﾃﾞﾝｻC151が、また、Q102のｹﾞｰﾄとQ201のｹﾞｰﾄ間にGBｺﾝﾃﾞﾝｻC152が設けられています。
任意のnについて
mosFETの接続段数をn段に増やし、GBｺﾝﾃﾞﾝｻを(n-1)個設けることで、更に高電圧化、高耐圧化することが出来ます。
Q101のｹﾞｰﾄとQ202のｹﾞｰﾄ間にGBｺﾝﾃﾞﾝｻC151が、また、Q102のｹﾞｰﾄとQ201のｹﾞｰﾄ間にGBｺﾝﾃﾞﾝｻC152が設けられています。
任意のnについて
mosFETの接続段数をn段に増やし、GBｺﾝﾃﾞﾝｻを(n-1)個設けることで、更に高電圧化、高耐圧化することが出来ます。
Fig 33-2
Q101-S：Q101のｿｰｽ波形 Q102-S：Q102のｿｰｽ波形
Q201-S：Q201のｿｰｽ波形 Q202-S：Q202のｿｰｽ波形
+HVps ：+3100V高圧電源 -HVps ：-3100V高圧電源
5kHz、±5Vpk正弦波入力に対する±1.5kVpk出力時の各mosFET ｿｰｽと出力の波形です。
正側mosFET Q101のｿｰｽ電位Vs101と負側mosFET Q202のｿｰｽ電位Vs202との電位差(Vs101-Vs202)は、常に一定値aを保っています。
正側mosFET Q102のｿｰｽ電位Vs102と負側mosFET Q201のｿｰｽ電位Vs201との電位差(Vs102-Vs201)は、常に一定値bを保っています。
ここに、一定値aと一定値bは異なりa≒2bの関係にあります。
従って、GBｺﾝﾃﾞﾝｻC151とC152に要求される耐圧は異なります。
Q201-S：Q201のｿｰｽ波形 Q202-S：Q202のｿｰｽ波形
+HVps ：+3100V高圧電源 -HVps ：-3100V高圧電源
5kHz、±5Vpk正弦波入力に対する±1.5kVpk出力時の各mosFET ｿｰｽと出力の波形です。
正側mosFET Q101のｿｰｽ電位Vs101と負側mosFET Q202のｿｰｽ電位Vs202との電位差(Vs101-Vs202)は、常に一定値aを保っています。
正側mosFET Q102のｿｰｽ電位Vs102と負側mosFET Q201のｿｰｽ電位Vs201との電位差(Vs102-Vs201)は、常に一定値bを保っています。
ここに、一定値aと一定値bは異なりa≒2bの関係にあります。
従って、GBｺﾝﾃﾞﾝｻC151とC152に要求される耐圧は異なります。
Fig 33-3
Q101-S：Q101のｿｰｽ波形 Q102-S：Q102のｿｰｽ波形 Q201-S：Q201のｿｰｽ波形 Q202-S：Q202のｿｰｽ波形
Vds101：Q101のVds Vds102：Q102のVds Vds103：Q103のVds
Vds201：Q201のVds Vds202：Q202のVds Vds203：Q203のVds
+HVps ：+3100V高圧電源 -HVps ：-3100V高圧電源
5kHz、±10Vpk正弦波入力に対する±3kVpk出力時の各mosFET ｿｰｽと出力の波形です。
正側mosFET Q101、Q102、Q103のﾄﾞﾚｲﾝーｿｰｽ間電圧Vds101、Vds102、Vds103が均等に配分(ﾊﾞﾗﾝｽ)されています。
Vds101≒Vds102≒Vds103＝Vds1は、入力信号に応じて変化します。
負側mosFET Q201、Q202、Q203のﾄﾞﾚｲﾝーｿｰｽ間電圧Vds201、Vds202、Vds203も均等に配分(ﾊﾞﾗﾝｽ)されています。
Vds201≒Vds202≒Vds203＝Vds2も、入力信号に応じて変化します。
このように正側、負側で個々のmosFETに加わる電圧が崩れることなく均等にﾊﾞﾗﾝｽしています。
各mosFETは数kVの電位が変化しているので、高電圧増幅回路をｼｰﾙﾄﾞｹｰｽに収めるときのｹｰｽ間とのｽﾄﾚｰ容量には注意が必要です。
(通常はGNDに落とされている)ｼｰﾙﾄﾞｹｰｽとmosFET間のｽﾄﾚｰ容量が悪影響して、特性を劣化させます。
とくに出力に近いQ102(Q201)が高圧電源側に近いQ101(Q202)より2倍電位変動(振幅)があるので、その影響が2倍になります。
これらのことは、mosFETのみならず、その周辺(C,R)部品についても同様です。
Q103は出力に近く、他のmosFETに比べて電位変動が大きいですが、低ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽでﾄﾞﾗｲﾌﾞされているので影響は比較的軽微です。
Vds101：Q101のVds Vds102：Q102のVds Vds103：Q103のVds
Vds201：Q201のVds Vds202：Q202のVds Vds203：Q203のVds
+HVps ：+3100V高圧電源 -HVps ：-3100V高圧電源
5kHz、±10Vpk正弦波入力に対する±3kVpk出力時の各mosFET ｿｰｽと出力の波形です。
正側mosFET Q101、Q102、Q103のﾄﾞﾚｲﾝーｿｰｽ間電圧Vds101、Vds102、Vds103が均等に配分(ﾊﾞﾗﾝｽ)されています。
Vds101≒Vds102≒Vds103＝Vds1は、入力信号に応じて変化します。
負側mosFET Q201、Q202、Q203のﾄﾞﾚｲﾝーｿｰｽ間電圧Vds201、Vds202、Vds203も均等に配分(ﾊﾞﾗﾝｽ)されています。
Vds201≒Vds202≒Vds203＝Vds2も、入力信号に応じて変化します。
このように正側、負側で個々のmosFETに加わる電圧が崩れることなく均等にﾊﾞﾗﾝｽしています。
各mosFETは数kVの電位が変化しているので、高電圧増幅回路をｼｰﾙﾄﾞｹｰｽに収めるときのｹｰｽ間とのｽﾄﾚｰ容量には注意が必要です。
(通常はGNDに落とされている)ｼｰﾙﾄﾞｹｰｽとmosFET間のｽﾄﾚｰ容量が悪影響して、特性を劣化させます。
とくに出力に近いQ102(Q201)が高圧電源側に近いQ101(Q202)より2倍電位変動(振幅)があるので、その影響が2倍になります。
これらのことは、mosFETのみならず、その周辺(C,R)部品についても同様です。
Q103は出力に近く、他のmosFETに比べて電位変動が大きいですが、低ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽでﾄﾞﾗｲﾌﾞされているので影響は比較的軽微です。