專(zhuān)利名稱(chēng):壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器,尤其涉及壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器。
壓電陶瓷執(zhí)行器件在精密定位、微位器、自動(dòng)控制、自適應(yīng)光學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但一般單片壓電陶瓷的變形量都很小,因此應(yīng)用范圍受到一定限制。為了得到大的變形量往往利用幾片、甚至數(shù)十片壓電瓷片按一定的方式而成一個(gè)復(fù)合壓電陶瓷執(zhí)行器件,以得到更好的性能。此類(lèi)壓電陶瓷執(zhí)行器件在電學(xué)上可視為一個(gè)電阻無(wú)窮大的大容量負(fù)載,例如我們研制的大變形壓電陶瓷變形器件,采用32片壓電陶瓷片按一定方式疊加而成,電容量達(dá)3uf左右。容性負(fù)載和電阻性負(fù)載在電路設(shè)計(jì)上完全不同,當(dāng)加在容性負(fù)載上的電壓上升時(shí)對(duì)其充電,而在電壓下降時(shí)要釋放它所積累的電荷。過(guò)去的壓電陶瓷執(zhí)行器件的驅(qū)動(dòng)電路,應(yīng)用于此類(lèi)壓電陶瓷執(zhí)行器件,由于大電容的影響往往只能工作在很低的頻率范圍,而且輸出電壓很不穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的是提供一種能提高頻率響應(yīng)的壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器。
下面結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器方框示圖;圖2是高壓放大級(jí)電原理圖。
如圖1所示,輸入的并行數(shù)字控制信號(hào)進(jìn)入預(yù)校波形存貯器。該預(yù)校波形存貯器存貯著預(yù)先測(cè)定的壓電陶瓷執(zhí)行器件的工作補(bǔ)償曲線,輸入的數(shù)字控制信號(hào)被其轉(zhuǎn)化為設(shè)定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí),數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí)將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送入信號(hào)組合級(jí),信號(hào)組合級(jí)調(diào)整模擬信號(hào)的幅度和偏置。最后,送入高壓放大級(jí),將此信號(hào)放大成壓電陶瓷執(zhí)行器件工作所需的高電壓供其使用。
如圖2所示,電阻R1、R2、R3、R4、R5,MOS管M1、運(yùn)算放大器IC1構(gòu)成高壓放大級(jí),其中運(yùn)算放大器IC1,MOS管M1構(gòu)成前向放大通道,電阻R2,R3組成電壓負(fù)反饋。輸入信號(hào)V0經(jīng)高壓放大級(jí)放大到壓電陶瓷執(zhí)行器件工作所需高電壓。達(dá)林頓管M2和電阻R6組成一個(gè)電流放大級(jí),用以提高整個(gè)電路的輸出電流的能力。二極管D1構(gòu)成獨(dú)特的電流釋放級(jí)。當(dāng)電壓V5上升時(shí),二極管D1反向截止,對(duì)整個(gè)電路無(wú)影響。當(dāng)電壓V5下降時(shí),二級(jí)管D1導(dǎo)通,達(dá)林頓管M2不工作。容性負(fù)載上的電荷經(jīng)過(guò)二極管D1,MOS管M1這個(gè)通道泄放。
在圖2中,電阻R1一端為輸入控制信號(hào)端,另一端與運(yùn)算放大器I C1第2腳、電阻R4的一端相連。電阻R3一端接地,另一端與運(yùn)算放大器IC1第3腳、電阻R2一端相連。運(yùn)算放大器IC1第6腳和MOS管M1的G極、電阻R4一端相連。MOS管M1的S極接地,D極與電阻R5、R2一端、達(dá)林頓管M2的B極、二極管D1的陰極相連。達(dá)林頓管M2的E極與二極管D1的陽(yáng)極相連,作為輸出端。電阻R6的一端與電阻R5的一端相連,并作為放大器的高電源輸入端。其另一端與達(dá)林頓管M2的C極相接。
在圖2中,V0,V1,V2,V3,V4,V5,代表相應(yīng)各點(diǎn)的電壓。運(yùn)算放大器IC1工作在正常放大狀態(tài),故其第2腳和第3腳可認(rèn)為是“虛短”,可得V1=V2(1)同時(shí),運(yùn)算放大器IC1的第2腳和第3腳可認(rèn)為是“虛短”,故在其第3腳處可得(V4-V1)/R2+(-V1)/3=0即 V1=V4/(R2+R3)·R3 (2)在運(yùn)算放大器IC1的第3腳處可得(V0-V2)/R1+(V3-V2)/R4=0即 V3=V2+(V2-V0)·R4/R1(3)整個(gè)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí),MOS管M1近視工作在線性放大區(qū),所以Vcc-((V3-Vth)·Gm·R5)=V4(4)VthMOS管M1的開(kāi)啟電壓。GmMOS管M1的跨導(dǎo)。
由于達(dá)林頓管M2和二極管D1工作時(shí)導(dǎo)通電壓很小,故V4=V5 (5)綜合式(1),(2),(3),(4),(5)可得V5=Vcc+Vth·Gm·R5+V0·Gm·R5·R4/R11+(1+R4/R1)·(R3/(R2+R3))·Gm·R5]]>整個(gè)高壓放大級(jí)的放大倍數(shù)kk+ΔV5/ΔV0=1(1+R1/R4)·(R3/(R2+R3))+(1/(Gm·R5·R4/R1))----(6)]]>由于R1/R4<<1,所以1+R1/R4≈1。因Gm·R5·R4/R1>>1,故1/(Gm·R5·(R4/R1))≈0(6)式可化簡(jiǎn)為k=1+R2/R3壓電陶瓷器件是一種新型的電-機(jī)轉(zhuǎn)換的主動(dòng)器件,它兼有高靈敏度和大量程的特點(diǎn),且具有體積小,重量輕;結(jié)構(gòu)一體化,不存在相對(duì)滑動(dòng)和滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)付,可靠性好;效率高,可控性好等優(yōu)點(diǎn);壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器為壓電陶瓷執(zhí)行器件提供了一個(gè)性能良好的放大器,輸出電壓達(dá)0~500V,截止頻率達(dá)800Hz。采用此驅(qū)動(dòng)電路的預(yù)校波貯藏器,可大大改善壓電陶瓷執(zhí)行器件的線性度指標(biāo),因此它具有廣闊的應(yīng)用前景,可在光掃描精密定位、微位移器、光路調(diào)制控制、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得以應(yīng)用(1)光掃描器同傳統(tǒng)的壓電變形器件相比,它的掃描范圍大、靈敏度高。作為常規(guī)掃描器,壓電陶瓷光掃描具有體積小,功耗低可控性好,精度高等優(yōu)點(diǎn),無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的部件,不存在磨擦、磨損、空隙等問(wèn)題,并可利用改變工作波形的方法實(shí)現(xiàn)任意波形的掃描。利用此驅(qū)動(dòng)器可達(dá)到8°的掃描角,實(shí)現(xiàn)20Hz的鋸齒波(占空比為8∶2)掃描,線性度優(yōu)于1%。目前,已在我國(guó)資源衛(wèi)星像補(bǔ)償掃描器上采用,進(jìn)行試驗(yàn)。
(2)精密度定位壓電陶瓷執(zhí)行器件可以實(shí)現(xiàn)較大的位移,用其相關(guān)原理可以制成壓電導(dǎo)軌,其位移可由驅(qū)動(dòng)電壓決定,電壓和位移的關(guān)系是相應(yīng)的,具有較好的可控性,較易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的編程控制,這在微位移,高精度定位等方面將得以應(yīng)用。
(3)自適應(yīng)適應(yīng)光學(xué)壓電陶瓷器件可實(shí)現(xiàn)可控的位移和角偏擺,因此用它可構(gòu)成可控光陣列,由計(jì)算機(jī)控制,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)光參量的自適應(yīng)變化。
(4)控制利用壓電陶瓷執(zhí)行器件的可控性,可以用它制成控制執(zhí)行器,用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
壓電陶瓷執(zhí)行器因其性能上的優(yōu)點(diǎn),具有強(qiáng)大的生命力和良好的發(fā)展前景。隨著壓電陶瓷器件的開(kāi)發(fā)和推廣工作的深入進(jìn)行,與其配套的驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用也將日益擴(kuò)大。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)驅(qū)動(dòng)電路輸出端設(shè)置一個(gè)電流釋放級(jí),以提高其頻率響應(yīng)。
(2)在放大電路中加入電壓負(fù)反饋,來(lái)穩(wěn)定整個(gè)電路的放大倍數(shù)。
(3)本驅(qū)動(dòng)電路加上了一個(gè)波形預(yù)校環(huán)節(jié),改善固態(tài)壓電陶瓷執(zhí)行器件的性能。
(4)設(shè)計(jì)了一個(gè)并行輸入口,能方便的和計(jì)算機(jī)接口。
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器,它將輸入的并行數(shù)字控制信號(hào)送入預(yù)校波形存貯器,數(shù)字控制信號(hào)被其轉(zhuǎn)化為設(shè)定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí),數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí)將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送入信號(hào)組合級(jí),最后送入高壓放大級(jí),其特征在于所說(shuō)的高壓放大級(jí)的電路為電阻R1、R2、R3、R4、R5,MOS管M1、運(yùn)算放大器IC1構(gòu)成高壓放大級(jí),其中運(yùn)算放大器IC1,MOS管M1構(gòu)成前向放大通道,電阻R2,R3組成電壓負(fù)反饋,輸入信號(hào)V0經(jīng)高壓放大級(jí)放大到壓電陶瓷執(zhí)行器件工作所需高電壓,達(dá)林頓管M2和電阻R6組成一個(gè)電流放大級(jí),用以提高整個(gè)電路的輸出電流的能力,二極管D1構(gòu)成電流釋放級(jí),當(dāng)電壓V5上升時(shí),二極管D1反向截止,當(dāng)電壓V5下降時(shí),二級(jí)管D1導(dǎo)通,達(dá)林頓管M2不工作,容性負(fù)載上的電荷經(jīng)過(guò)二極管D1,MOS管M1這個(gè)通道泄放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器,其特征在于所說(shuō)的高壓放大級(jí)的電路為電阻R1一端為輸入控制信號(hào)端,另一端與運(yùn)算放大器IC1第2腳、電阻R4的一端相連,電阻R3一端接地,另一端與運(yùn)算放大器IC1第3腳、電阻R2一端相連,運(yùn)算放大器IC1第6腳和MOS管M1的G極、電阻R4一端相連,MOS管M1的S極接地,D極與電阻R5、R2一端、達(dá)林頓管M2的B極、二極管D1的陰極相連,達(dá)林頓管M2的E極與二極管D1的陽(yáng)極相連,作為輸出端,電阻R6的一端與電阻R5的一端相連,并作為放大器的高電源輸入端,其另一端與達(dá)林頓管M2的C極相接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動(dòng)器,它將輸入的并行數(shù)字控制信號(hào)送入預(yù)校波形存貯器,數(shù)字控制信號(hào)被其轉(zhuǎn)化為設(shè)定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí),數(shù)模轉(zhuǎn)換級(jí)將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送入信號(hào)組合級(jí),信號(hào)組合級(jí)調(diào)整模擬信號(hào)的幅度和偏置,最后送入高壓放大級(jí)。采用本發(fā)明能提高頻率響應(yīng),穩(wěn)定整個(gè)電路放大倍數(shù),能方便和計(jì)算機(jī)接口。
文檔編號(hào)H03F3/00GK1126390SQ9510936
公開(kāi)日1996年7月10日 申請(qǐng)日期1995年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月1日
發(fā)明者朱成武, 劉承, 楊國(guó)光, 舒曉武 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)