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Este amplificador é baseado em três MOSFETs de alta tensão e um
amplificador operacional (AmpOp) de baixo ruído. Para compreender o
funcionamento do amplificador, pode-se considerar que o piezo se comporta
como um capacitor, tendo valores típicos de 10 nF. Conseqüentemente, ao
estimular o piezo com alta tensão, este necessita de altas correntes para
se carregar e descarregar.
Inicialmente Q3 não está presente e D1 está curto-circuitado. Q1, que é a
saída do AmpOp que, juntamente com R1, funcionam como um dissipador de
corrente controlado por tensão. R2, Q2 e a bateria de 9V agem como uma
fonte fixa que forca o dreno de Q1 para high. A porta Q2 não drena nenhuma
corrente da bateria, que pode durar anos sem necessitar ser trocada. A
bateria está na mesma alta tensão que a saída.
Quando o amplificador descarrega o piezo, a saída do AmpOp vai para high e
Q1 dissipa uma corrente limitada somente pelo valor de R1. Quando o
amplificador carrega o piezo, a taxa da carga é fixada pelo valor da fonte
de corrente Q2-R2.
Como o valor de Q2-R2 também é o valor da corrente de fuga do amplificador,
ela deve ser baixa (1 mA = 1 W) para poder manter o dispositivo sem
superaquecimento em 1 kV. Isto limita a taxa de variação positiva da
inclinação (Slew Rate). Essa taxa indica rapidez com que este circuito pode
lidar com os sinais elétricos de grande amplitude. Para um piezo de 10 nF,
a Slew Rate é de 0.1 V/µs para uma corrente defuga de 1 mA.
Q3 serve como um bufer de corrente que isola a capacitância da carga ao se
carregar, permitindo Slew Rates mais elevadas em baixas correntes de fuga.
O diodo D1 fornece um caminho para a corrente de descarga via Q1.
R3 e R4 definem um ganho positivo de 100. R3 e C1 devem suportar uma queda
de tensão de 1 kV. Para isso, uma série de três resistores de 0.5 W e 330
kΩ é utilizada. R5 isola a carga capacitiva, melhorando a estabilidade da
saída. O divisor de tensão R6-R7 fornece um sinal de monitoramento de 1/100
da saída.
A fonte de alimentação de alta tensão é simples. Utiliza-se um
transformador de 710 V no secundário e uma ponte do diodo com oito 1N4007s.
O filtro de capacitores usa uma série de quatro capacitores de 470 µF e
250V, cada um ligado em paralelo com um resistor de 330 kΩ para fornecer
uma via de descarga quando a fonte da alta tensão é desligada.
Um outro excelente MOSFET que pode ser usado é o 2SK1317, feito por
Hitachi, trabalhará até 1.5kV
