1、壓電陶瓷致動器對驅動電源的要求

壓電陶瓷致動器的驅動電源應具有如下特點：

(1)yadiantaocizhidongqideweiyishuchuduiwaijiaqudongkongzhidianyadexiangyingsudu，zhuyaoqujueyuqudongdianyuanqudongdianliudedaxiao，yinciqudongdianyuanyingjuyoujiaodadequdongdianliu，yibanbuyingxiaoyu150mA；

(2)驅動電源的輸出控製電壓連續可調

，對國產壓電陶瓷致動器PTBS200係列而言
，要求驅動電源輸出電壓為直流0～200V，連續可調；

(3)為適應高頻響應的要求，驅動電源中應具有供容性負載快速放電的回路
；

(4)由於壓電陶瓷致動器主要應用於微納米技術領域，所以驅動電源應具有良好的穩定性，其輸出紋波電壓應控製在很小的範圍內；

(5)為實現位移的自動控製

，驅動電源最好采用計算機控製。

壓(ya)電(dian)陶(tao)瓷(ci)致(zhi)動(dong)器(qi)外(wai)電(dian)路(lu)是(shi)一(yi)個(ge)容(rong)性(xing)負(fu)載(zai)，並(bing)有(you)遲(chi)滯(zhi)和(he)蠕(ru)變(bian)現(xian)象(xiang)。而(er)驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)可(ke)分(fen)為(wei)電(dian)荷(he)控(kong)製(zhi)型(xing)和(he)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)型(xing)。電(dian)荷(he)控(kong)製(zhi)型(xing)驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)基(ji)於(yu)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)的(de)原(yuan)理(li)(對外加電壓而言
，每個壓電陶瓷片相當於一隻平行板電容器)，可以改善壓電陶瓷的遲滯和蠕變。電壓控製型驅動電源主要有以下兩種形式：一種是基於DC/DC變換器原理的開關式驅動電源，其體積小、效率高，但電源輸出紋波較大，頻響範圍也較窄
；另一種是直流放大電源，頻響範圍寬
，從發展趨勢來看，其應用前景廣闊。

2、驅動電源的設計

根據壓電陶瓷致動器對其驅動電源的要求，本設計中的電源采用直流放大式電路。整個電源電路主要由計算機與數據采集卡、運算放大電路和高壓電路等幾部分組成。高壓電路提供220V的直流電壓，計算機通過LabView8.5控製數據采集卡產生一定的輸出波形，得到0～5V的連續可調控製電壓;放大電路實現電壓的線性放大和功率放大
，輸出0～200V連續可調的直流電壓，並決定著電源輸出電壓的分辨率和穩定性，是整個電源的關鍵。

① 高壓電路

由於直流電壓的穩定性直接影響驅動電源的穩定性，采用220V輸出電壓的高壓電路，主要部分是將市電交流220V變為+220V直流電壓的全橋整流供電電路。

② 波形發生電路

良好的輸入波形是電源的關鍵之一，關係到壓電陶瓷的伸縮變化。輸入波形信號的頻率、fuzhikebian，xinhaoboxinghao
，jibianxiao，bujinkeyixiaochuyadiantaocibenshendechizhitexingherubiantexing，yenenghuodegengguangfandeyingyong。youyudianyajingduyaoqiubijiaogao，shiyongNI公司的具有16位模擬輸入輸出的多功能數據采集卡6221將數字量轉換成模擬量，輸出電壓為0～5V，電壓分辨率達到5/216，約等於0.076mV。采用LabView8.5編程可以實現任意波形及緩變直流等輸出，靈活性強，能滿足各種需要。

③高壓放大電路

采用美國APEX公司生產的高壓運算放大器PA96和高精度運算放大器OP07串聯組成串聯負反饋放大電路。PA96是一種高壓，大帶寬的MOSFET運算放大器
，輸出電流達到1.5A，輸出電壓接近300V，安全操作區(SOA)沒有二次擊穿的限製，通過選擇合適的限流電阻，可觀察到任何負載下的安全操作曲線。PA96的最大失調電壓為5mV，對要求分辨率為10mV以下的壓電陶瓷驅動電源，其輸入特性不能滿足要求。在該電源的線性放大部分采用了PA96和OP07串聯的複合放大器，從而使輸入失調電壓由前置放大器OP07控製。由於複合放大器的輸入電壓為0～5V，輸出電壓要求為0～200V
，因此複合放大器的放大倍數要求為40。但增益過大會影響運放穩定性，因此選定PA96的閉環放大倍數為31，PA96和OP07串聯後共同提供的放大倍數為40。根據放大倍數的分配要求可得：

R1=3kΩ，R2=117Ω，R3=180Ω
，R4=6kΩ

由於構成負反饋電路
，輸出電阻非常小(mΩ級)，因此具有很強的帶負載能力。R5為限流電阻
，其值由公式IL=0.68V/R5=125mA可得，這裏為5.4Ω。

3、相位補償與輸出保護

自(zi)激(ji)現(xian)象(xiang)是(shi)影(ying)響(xiang)電(dian)源(yuan)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)。當(dang)集(ji)成(cheng)運(yun)放(fang)的(de)開(kai)環(huan)增(zeng)益(yi)為(wei)一(yi)定(ding)值(zhi)時(shi)，由(you)於(yu)相(xiang)移(yi)過(guo)大(da)
，電(dian)路(lu)會(hui)產(chan)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)現(xian)象(xiang)
，因(yin)此(ci)應(ying)對(dui)集(ji)成(cheng)運(yun)放(fang)進(jin)行(xing)相(xiang)位(wei)補(bu)償(chang)。通(tong)常(chang)在(zai)輸(shu)入(ru)端(duan)和(he)輸(shu)出(chu)端(duan)外(wai)接(jie)補(bu)償(chang)元(yuan)件(jian)，進(jin)行(xing)相(xiang)位(wei)補(bu)償(chang)。相(xiang)位(wei)補(bu)償(chang)不(bu)僅(jin)能(neng)提(ti)高(gao)運(yun)放(fang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)
，還(hai)能(neng)擴(kuo)展(zhan)帶(dai)寬(kuan)。電(dian)路(lu)中(zhong)PA96一級的閉環放大倍數為31
，由此計算出其增益為30，根據PA96的數據資料，確定相位補償電容值CC=10pF
，閉環帶寬大約為1MHz。OP07輸入端的二極管D1
、D2提供差模和共模保護
，防止瞬態過壓，輸出二極管D3、D4可對瞬態過壓進行保護，防止瞬態過壓損壞OP07的輸出。PA96放大器輸入端的二極管D5、D6、D7
、D8把放大器正負輸入端的電壓鉗位在規定範圍內，對運放起保護作用。

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