Rechteck-Pulsgenerator 10-100 ns; 50-100 V

[Manfred Westreicher]

Hallo,
möchte einen Rechteck-Pulsgenerator basteln, der Impulse von 10-100 ns mit
einer Amplitude von 50-100 V generiert. Das ganze sollte möglichst einfach
und effizient sein, ohne uC.
Nun möchte ich gerne wissen, wie man sowas mal prinzipiell angeht, welche
Bauteile ich brauche, wie so eine Schaltung ungefähr aussieht usw. weil ich
noch ziemlich wenig Erfahrung im Basteln hab. Super wäre auch wenn mir
jemand Links für weiterführende Literatur posten könnte.

Vielen Dank im Voraus,
Manni

[Dieter Wiedmann]

Post by Manfred Westreicher
möchte einen Rechteck-Pulsgenerator basteln, der Impulse von 10-100 ns mit
einer Amplitude von 50-100 V generiert.

Oha.

Post by Manfred Westreicher
Das ganze sollte möglichst einfach
und effizient sein, ohne uC.

Einen uC kann man da eh nicht gebrauchen, und Flankensteilheiten
von >>1000V/us sind bei solchen Spannungen nicht so einfach zu
realisieren. Was soll denn überhaupt für eine Last dran?

Post by Manfred Westreicher
Nun möchte ich gerne wissen, wie man sowas mal prinzipiell angeht, welche
Bauteile ich brauche, wie so eine Schaltung ungefähr aussieht usw. weil ich
noch ziemlich wenig Erfahrung im Basteln hab.

Das hat auch mit Basteln nichts mehr zu tun.

Post by Manfred Westreicher
Super wäre auch wenn mir
jemand Links für weiterführende Literatur posten könnte.

Schau dir mal die Ausgangsstufen von Oszilloskopen an, bei Hameg kann
man sich ein paar Schaltpläne runterladen.


Gruß Dieter

[Wolfgang Martens]

Post by Manfred Westreicher
möchte einen Rechteck-Pulsgenerator basteln, der Impulse von
10-100 ns mit einer Amplitude von 50-100 V generiert. Das
ganze sollte möglichst einfach und effizient sein, ohne uC.

ungeprüfter Ideenansatz:
-Rechteckoszillator für Pulswiederholfrequenz f1
-Puffer mit schnellem TTL Gatter zur Flankenschärfung von f1
-Zweig A: Schnelles Gatter leitet steiles f1A weiter
-Zweig B: einstellbares RC-Glied macht Flanke weich, dann wieder
schnelles Gatter zur Flankenschärfung (erzeugt steiles f1B das jetzt
10-100ns gegen f1A verschoben ist)
Zweig A und B mit schnellem EXOR kombinieren, Ergebnis ist 10-100ns
Puls mit 2xf1 Wiederholfrequenz, evt muss man noch jeden zweiten Puls
unterdrücken weil RC + Gatter bei pos. und neg. Flanken ungleiche
Pulslängen ergeben könnte.
Im idealfall braucht man also einen 555 und 4 schnelle EXOR.

Jetzt die von Dieter Wiedmann vorgeschlagene Oszilloskopendstufe. Je
nach benötigter Flankensteilheit ist eine Banbreite im GHz Bereich
nötig! Ich sehe das Problem hauptsächlich in der Endstufe.

mfG
Wolfgang Martens

[Joerg]

Hallo Wolfgang,

Post by Wolfgang Martens
Jetzt die von Dieter Wiedmann vorgeschlagene Oszilloskopendstufe. Je
nach benötigter Flankensteilheit ist eine Banbreite im GHz Bereich
nötig! Ich sehe das Problem hauptsächlich in der Endstufe.

Die Endstufe muss kein Problem sein, denn der gewuenschte Bereich von
10-100nsec ist nicht besonders schwierig. Eine elegante Moeglichkeit
waere, auf Logikpegel, 12V oder wo immer sonst es einfach ist einen
niederohmigen Treiber hinzulegen. Dieser speist einen multi-filar
gewickelten Ringkerntransformator. Das Uebersetzungsverhaeltnis wird
dann passend gewaehlt. Kapazitive Kopplung haelt gegebenenfalls den
Gleichstromanteil im Zaum.

Auf diese Art habe ich die meisten Pulser entworfen, wenn es auf
niedrige Kosten ankam.

Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com

[Oliver Bartels]

On Sat, 2 Apr 2005 15:01:54 +0200, "Manfred Westreicher"

Post by Manfred Westreicher
möchte einen Rechteck-Pulsgenerator basteln, der Impulse von 10-100 ns mit
einer Amplitude von 50-100 V generiert. Das ganze sollte möglichst einfach
und effizient sein, ohne uC.

Hehe. Und morgen fliegen wir damit zum Mond.
Möglichst effizient, ohne uC ...

1. Die Physik richtet sich nicht nach den Vorstellungen von Bastlern.
2. Den Puls zu erzeugen ist nicht so schwer, ihn auf 100V zu bringen
dagegen sehr (da zählt nämlich jedes Stückchen Draht).

Post by Manfred Westreicher
Nun möchte ich gerne wissen, wie man sowas mal prinzipiell angeht,

Prinzipiell kann man z.B. Delay Lines mit 10ns Abstufung und einem
XOR Gatter einsetzen, oder FPGA's, oder z.B. einen/mehrere DDS
mit geeignet engeschalteten sauschnellen Comparatoren.

Oder man nimmt gleich wie bei den Sampling Oszis Laufzeitleitungen
und schnelle Dioden.

Damit hat man erstmal einen schnellen Puls mit ganz wenigen Volt
Amplitude.

Das Thema sind nur die 100V, bei 10ns sollte der Puls schon eine
erkennbare Flanke (1ns) haben, ergo unterhalten wir uns um den GHz
Bereich. Das ganze bei 100V ist sehr aufwendig und ebenso sehr
teuer, die meisten schnellen Halbleiter machen derartige Spannungen
nicht mehr ohne weiteres mit.

Was u.U. geht: Avalanche Fotodioden und einmal elektrisch/optisch/
elektrisch wandeln, oder eine Kaskade von schnellen SiGe oder
GaAs Transistoren oder Thyratron-Röhren könnten auch noch
gehen.

Noch als Nebenanmerkung: Wenn uns einer so einen
Entwicklungsauftrag geben wollte, würden wir den Auftraggeber
*sehr* genau ansehen und uns den Verwendungszweck genau
erläutern lassen.

Derart schnelle synchrone Leistungsschalter sind nämlich bei
Diktatoren mit spontan kernspalterischen Ambitionen in aller Welt
sehr beliebt und stehen deswegen auf der Länderliste ...

Gruß Oliver

[Juergen Hasch]

Post by Manfred Westreicher
möchte einen Rechteck-Pulsgenerator basteln, der Impulse von 10-100 ns mit
einer Amplitude von 50-100 V generiert. Das ganze sollte möglichst einfach
und effizient sein, ohne uC.

Schnelle Flanken mit hoher Spannung lassen sich erzeugen, wenn Du einen
Transistor im Lawinendurchbruch betreibst.
Durch Zusammenschaltung mehrere Transistoren lassen sich da auch
Spannungssprünge von mehreren kV erreichen.
Stichworte für Google: avalanche, marx bank

Dazu gibt es jede Menge Literaturstellen, meist von vor 10-30 Jahren,
wo beschrieben wird wie man durch Zusammenschalten mit einer
Verzögerungsleitung einen Pulsgenerator mit gewünschter Pulsbreite
fabrizieren kann.

Post by Manfred Westreicher
Nun möchte ich gerne wissen, wie man sowas mal prinzipiell angeht, welche
Bauteile ich brauche, wie so eine Schaltung ungefähr aussieht usw. weil ich
noch ziemlich wenig Erfahrung im Basteln hab. Super wäre auch wenn mir
jemand Links für weiterführende Literatur posten könnte.

Siehe z.B.
http://www.uni-muenster.de/Physik/KP/santo/wa98/leda/photos/ay-schem.gif
Die beiden 2N2222 werden hier im Lawinendurchbruch betrieben.

...Jürgen

[Martin]

Am Sun, 03 Apr 2005 09:34:21 +0200 schrieb Oliver Bartels

Post by Oliver Bartels
Noch als Nebenanmerkung: Wenn uns einer so einen
Entwicklungsauftrag geben wollte, würden wir den Auftraggeber
*sehr* genau ansehen und uns den Verwendungszweck genau
erläutern lassen.
Derart schnelle synchrone Leistungsschalter sind nämlich bei
Diktatoren mit spontan kernspalterischen Ambitionen in aller Welt
sehr beliebt und stehen deswegen auf der Länderliste ...

Da war ja einmal die Sache mit den Schaltröhren im
Nierensteinzertrümmerer, die auf dem Index waren, dort aber für die
schnelle Entladung zur Erzeugung der Stoßwelle nötig. Ansonsten wollte in
alt.lasers neulich jemand die Polarisation eines Pulslasers für jeden Puls
mittels einer Kerr-Zelle (o.ä.) steuern, das waren auch kV pro
ganz-wenige-ns. Würde ich aber als eher friedlich Anwendung betrachten.

[Oliver Bartels]

Post by Martin
Da war ja einmal die Sache mit den Schaltröhren im
Nierensteinzertrümmerer, die auf dem Index waren, dort aber für die
schnelle Entladung zur Erzeugung der Stoßwelle nötig. Ansonsten wollte in
alt.lasers neulich jemand die Polarisation eines Pulslasers für jeden Puls
mittels einer Kerr-Zelle (o.ä.) steuern, das waren auch kV pro
ganz-wenige-ns. Würde ich aber als eher friedlich Anwendung betrachten.

Es gibt genügend friedliche Anwendungen für solche Pulse,
trotzdem stehen superschnelle Schalter für hohe Leistungen
auf gewissen Länderlisten, einfach weil es in gewissen
Ländern gewissenlose Leute gibt, die damit explosive
Ladungen rund um so eine Hohlkugel synchron zünden
wollen, oder zumindest damit drohen wollen, es zu tun.

Deshalb heißt es ja auch nicht "nein, überhaupt nicht
erhältlich", sondern nur "bitte genau hinschauen".

Gruß Oliver

[Martin]

Am Mon, 04 Apr 2005 14:33:20 +0200 schrieb Oliver Bartels

Post by Oliver Bartels
Es gibt genügend friedliche Anwendungen für solche Pulse,
trotzdem stehen superschnelle Schalter für hohe Leistungen
auf gewissen Länderlisten, einfach weil es in gewissen
Ländern gewissenlose Leute gibt, die damit explosive
Ladungen rund um so eine Hohlkugel synchron zünden
wollen, oder zumindest damit drohen wollen, es zu tun.

Und dann ev. die Umwelt verschmutzen, weil sie diese Kugel aus einem
giftigen Schwermetall machen - bäeh... Mögen sie doch auch von RoHS etc.
gequält werden. :-)
Aber es hat da ja sogar mal einen recht abenteuerlichen Spielfilm gegeben
(Name leider vergessen), wo es ein Student (aus und in den USA) geschafft
hat, so ein Ding zu bauen. Ein klitzekleines bisschen an der Realität
vorbei, damit es mehr Science fiction ist, zB der Laser mit dem er auf ca.
10m Distanz die Blechwand aufgeschnitten hat - natürlich unfokussiert aber
strahlend blau, oder das Haarschampoo mit dem er die gestohlene grün
leuchtende "Suppe" ersetzt hat. Aber ansonsten nicht schlecht.

[Uwe Hercksen]

Post by Oliver Bartels
Das Thema sind nur die 100V, bei 10ns sollte der Puls schon eine
erkennbare Flanke (1ns) haben, ergo unterhalten wir uns um den GHz
Bereich. Das ganze bei 100V ist sehr aufwendig und ebenso sehr
teuer, die meisten schnellen Halbleiter machen derartige Spannungen
nicht mehr ohne weiteres mit.

Hallo,

ohne Halbleiter, vermutlich mit Röhren hat man dieses Problem ja beim
Manhattan Projekt 1945 lösen können.

Bye

[horst-d.winzler]

Post by Manfred Westreicher

Post by Oliver Bartels
Das Thema sind nur die 100V, bei 10ns sollte der Puls schon eine
erkennbare Flanke (1ns) haben, ergo unterhalten wir uns um den GHz
Bereich. Das ganze bei 100V ist sehr aufwendig und ebenso sehr
teuer, die meisten schnellen Halbleiter machen derartige Spannungen
nicht mehr ohne weiteres mit.

Hallo,
ohne Halbleiter, vermutlich mit Röhren hat man dieses Problem ja beim
Manhattan Projekt 1945 lösen können.
Bye

Vielleicht ähnlich einem Bombenzünder.
Mit der in einem Kondensator gespeicherten Energie wurde ein
Wolframdraht verdampft. Als Schalter hätte ein
Quecksilberschalter dienen können.

zB sollen die Japaner enorme Beschaffungsprobleme für Quecksilber
gehabt haben. Eben für ihre Bombenzünder

[Oliver Bartels]

On Tue, 05 Apr 2005 12:23:26 +0200, Uwe Hercksen

Post by Uwe Hercksen
ohne Halbleiter, vermutlich mit Röhren hat man dieses Problem ja beim
Manhattan Projekt 1945 lösen können.

Das Zauberwort heißt Thyratron - Röhren teilweise mit sehr
spezieller Gasfüllung, die mittels Puls am Gate ionisiert und
ähnlich einem Thyristor dauerleitfähig bleibt, solange Strom
fließt -.

Die ursprüngliche Anwendung war ganz klar Radar,
halt der Puls für die Magnetron-Röhre (Kondensator-
Entladung)

Daneben gibt es wohl Sondervarianten, die aufgrund
spezieller Bauweise nicht so schnell ionisieren, wenn die
Umgebung ansonsten ionisierend wirkt.

Solche Röhren waren es wohl, die wegen obskurer
Einkäufe gewisser Herrschaften - deren Auftraggeber
gerne arabische Gewänder tragen oder in gewissen
fernöstlichen Hungerschurkenländern leben, mehrfach
zu einem erhöhten Rauschpegel im Presse-Blätterwald
und zu starkem Interesse von Leuten mit Schlapphut
oder grüner Tracht geführt haben.

Ciao Oliver

[Michael Eggert]

Martin <***@gmx.at> wrote:

Hi!

Post by Martin
zB der Laser mit dem er auf ca.
10m Distanz die Blechwand aufgeschnitten hat - natürlich unfokussiert aber
strahlend blau

...und wahrscheinlich von der Größe eines Laserpointers und der Strahl
hat sich mit unter 1m/s ausgebreitet? :-)

Gruß,
Michael.

[Martin]

Am Thu, 07 Apr 2005 00:01:54 +0200 schrieb Michael Eggert

Post by Michael Eggert
Hi!

Post by Martin
zB der Laser mit dem er auf ca.
10m Distanz die Blechwand aufgeschnitten hat - natürlich unfokussiert aber
strahlend blau

...und wahrscheinlich von der Größe eines Laserpointers und der Strahl
hat sich mit unter 1m/s ausgebreitet? :-)

Nein, das nicht gerade. Die Maschine war schon mehrere Meter groß und in
der Werkshalle günstig montiert, sodaß man sie mit ihren Servomotoren
(möglicherweise unter Überbrückung von ein paar Sicherheitsschaltern, oder
nach dem hacken des Steuerprogramm es) auf die Wand richten konnte. Die
mußte aufgeschnitten werden, weil das zu entwendene Material nicht an
einem Detektor bei der Eingangstür vorbei geschmugelt werden konnte - es
schien aber zumindest kurzzeitig weitgehend gefahrlos handhabbar gewesen
zu sein.

[Manfred Westreicher]

Also, erstmal vielen Dank für eure Bemühungen!

Hab ein cooles Teil gefunden
http://www.supertex.com/pdf/datasheets/MD1210.pdf (md1210 und tc6320)
welches die 3,3 V Impulse auf 100 V bringt.
Nun liegt mein Problem eigentlich nur mehr in der Konstruktion des Netzteils
bzw. in der Erzeugung der 10-100ns Impulse.
Schwierigkeiten sind die variable Spannung (50-200! V) sowie die variablen
Impulse (10-100 ns). Die Wiederholfrequenz sollte irgendwo im kHz Bereich
liegen, die Last beträgt 50 ohm.
Hab -wie ihr unschwer bemerkt habt- ziemlich keine Erfahrung im Basteln,
sprich weder jemals ein Netzteil dimensioniert noch irgendwelche
Rechteckimpulse erzeugt....
Deshalb bitte ich nochmals um weiterführende Literaturvorschläge (ausser
Tietze-Schenk), und falls dies möglich ist ein paar Tips welche Bauteile für
meine Aufgabe die "richtigen" sind.

Vielen Dank im Voraus!
Manfred

[Uwe Hercksen]

Post by Manfred Westreicher
Hab ein cooles Teil gefunden
http://www.supertex.com/pdf/datasheets/MD1210.pdf (md1210 und tc6320)
welches die 3,3 V Impulse auf 100 V bringt.

Hallo,

das sieht so aus als hat nur der MD1210 die nötige kleine output rise
time, welche Zeit noch durch den TC6320 dazukommt steht da nicht.

Post by Manfred Westreicher
Nun liegt mein Problem eigentlich nur mehr in der Konstruktion des Netzteils
bzw. in der Erzeugung der 10-100ns Impulse.
Schwierigkeiten sind die variable Spannung (50-200! V) sowie die variablen
Impulse (10-100 ns). Die Wiederholfrequenz sollte irgendwo im kHz Bereich
liegen, die Last beträgt 50 ohm.
Hab -wie ihr unschwer bemerkt habt- ziemlich keine Erfahrung im Basteln,
sprich weder jemals ein Netzteil dimensioniert noch irgendwelche
Rechteckimpulse erzeugt....

Mit Verlaub, aber das ist dann leider doch einige Grössenordnungen zu
schwierig für einen Anfänger.

Bye

[horst-d.winzler]

Post by Oliver Bartels
On Tue, 05 Apr 2005 12:23:26 +0200, Uwe Hercksen

Post by Uwe Hercksen
ohne Halbleiter, vermutlich mit Röhren hat man dieses Problem ja beim
Manhattan Projekt 1945 lösen können.

Das Zauberwort heißt Thyratron - Röhren teilweise mit sehr
spezieller Gasfüllung, die mittels Puls am Gate ionisiert und
ähnlich einem Thyristor dauerleitfähig bleibt, solange Strom
fließt -.
Die ursprüngliche Anwendung war ganz klar Radar,
halt der Puls für die Magnetron-Röhre (Kondensator-
Entladung)

Auf Alliierter (WK II) mit dem Wasserstoff gefüllten Thyratron
5C22 ein leistungsfähiges Stromtor zur Verfügung.

Umax: 16kV, Impuls: 325A, Heizleistung: 65W


Deutsches Thyratron aus dieser Zeit. AEG S15/40i

Umax: 1kV, Iimpuls: >20A, Uh=8V, Ih ca. 5,5A
Zündeinsatz: 0,1µs u. besser.

Eine andere Möglichkeit waren feste, gasgefüllte Funkenstrecken:

Impulsspitzenstrom: 10...100A, Spitzenspannung bis etwa 30kV
Ausgeführte Anordnungen: LG 200, LG 201
Zündeinsatz mit Vorionisation: 0,2µs


Gegen Ende WKII ist auf Deutscher Seite von Dr.Erwin Marx an der
TH Braunschweig-Hannover mit einem Funkenstrecken-Tastgeräte eine
Impulsleistung von 10MW bei 60kV erreicht worden.

Brauchte man damals kurze Rechteckimpulse wurde das mit
Funkenstrecke, Laufzeitkette und Impulsformer verwirklicht-

[Jens Carstens]

Post by horst-d.winzler
[...]
Gegen Ende WKII ist auf Deutscher Seite von Dr.Erwin Marx an der
TH Braunschweig-Hannover mit einem Funkenstrecken-Tastgeräte eine
Impulsleistung von 10MW bei 60kV erreicht worden.
[...]

War das der mit dem Marx-Generator? (Kondensatoren parallel aufladen
und über Funkenstrecken in Serie entladen)

Fragt (am Rande und nun schon bald OT)
Jens

[horst-d.winzler]

Post by Jens Carstens

Post by horst-d.winzler
[...]
Gegen Ende WKII ist auf Deutscher Seite von Dr.Erwin Marx an der
TH Braunschweig-Hannover mit einem Funkenstrecken-Tastgeräte eine
Impulsleistung von 10MW bei 60kV erreicht worden.
[...]

War das der mit dem Marx-Generator? (Kondensatoren parallel aufladen
und über Funkenstrecken in Serie entladen)
Fragt (am Rande und nun schon bald OT)
Jens

Jau, das war er. Sog. Marx Schaltung nach dem
Stoßgeneratorprinzip. Grundlegend die parallele Aufladung und
seriengeschaltete Entladung der Impulsspeicherkondensatoren.
Bei drei Stufen und einer Speisespannung von 6kV sind folgende
Werte erreicht worden: Impulsamplitude 30kV,
Impulsspitzenleistung 1,5MW.
Die "Jungs" hattens damals schon drauf ;-)

[Manfred Westreicher]

Post by Uwe Hercksen
Mit Verlaub, aber das ist dann leider doch einige Grössenordnungen zu
schwierig für einen Anfänger.

Naja an diesem Punkt sollte ich wohl mit offenen Karten spielen: Bin
Elektrotechnik Student, komme aus einem Gymnasium, und wollte unbedingt mal
was basteln, da hab ich mir eine praktische Arbeit an der Uni ausgesucht mit
gehabter Aufgabenstellung...
Nun bin ich keineswegs zu faul mir das Nötige beizubringen, natürlich hätte
ich Kollegen die mir weiterhelfen können aber möchts mal selber versuchen,
deshalb nochmal meine dringliche Bitte:

KANN MIR JEMAND LITERATURVORSCHLÄGE, LINKS, ETC. zu dem Thema bzw. speziell
zu Impulsgeneratoren (samt Netzteil usw.) empfehlen????

Meine Suche im Internet war nicht besonders erfolgreich, vor allem weil die
meisten Paper auf IEEE etc. fast ausschliesslich den Stand der Technik
(sprich kV Impulse im ps-Bereich) beschreiben.
Aber womöglich fehlen mir nur die richtigen Keywords für die Suche....

Allenfalls besten Dank,
ciao