專利名稱：壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及執(zhí)行器件驅動器，尤其涉及壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器。
壓電陶瓷執(zhí)行器件在精密定位、微位器、自動控制、自適應光學等領域得到廣泛應用。但一般單片壓電陶瓷的變形量都很小，因此應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復合壓電陶瓷執(zhí)行器件，以得到更好的性能。此類壓電陶瓷執(zhí)行器件在電學上可視為一個電阻無窮大的大容量負載，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3uf左右。容性負載和電阻性負載在電路設計上完全不同，當加在容性負載上的電壓上升時對其充電，而在電壓下降時要釋放它所積累的電荷。過去的壓電陶瓷執(zhí)行器件的驅動電路，應用于此類壓電陶瓷執(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。
本實用新型的目的是提供一種能提高頻率響應的壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器。
以下結合附圖作詳細說明。
圖1是壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器方框示圖；圖2是高壓放大級電原理圖。
如圖1所示，輸入的并行數(shù)字控制信號進入預校波形存貯器。該預校波形存貯器存貯著預先測定的壓電陶瓷執(zhí)行器件的工作補償曲線，輸入的數(shù)字控制信號被其轉化為設定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉換級。數(shù)模轉換級將數(shù)字輸入轉換成模擬信號送入信號組合級，信號組合級調整模擬信號的幅度和偏置。最后，送入高壓放大級，將此信號放大成壓電陶瓷執(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、運算放大器IC1構成高壓放大級，其中運算放大器IC1，MOS管M1構成前向放大通道，電阻R2，R3組成電壓負反饋。輸入信號V0經(jīng)高壓放大級放大到壓電陶瓷執(zhí)行器件工作所需高電壓。達林頓管M2和電阻R6組成一個電流放大級，用以提高整個電路的輸出電流的能力。二極管D1構成獨特的電流釋放級。當電壓V5上升時，二極管D1反向截止，對整個電路無影響。當電壓V5下降時，二級管D1導通，達林頓管M2不工作。容性負載上的電荷經(jīng)過二極管D1，MOS管M1這個通道泄放。
在圖2中，電阻R1一端為輸入控制信號端， 另一端與運算放大器IC1第2腳、電阻R4的一端相連。電阻R3一端接地，另一端與運算放大器IC1第3腳、電阻R2一端相連。運算放大器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、達林頓管M2的B極、二極管D1的陰極相連。達林頓管M2的E極與二極管D1的陽極相連，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。其另一端與達林頓管M2的C極相接。
在圖2中，V0，V1，V2，V3，V4，V5，代表相應各點的電壓。運算放大器IC1工作在正常放大狀態(tài)，故其第2腳和第3腳可認為是“虛短”，可得V1＝V2 (1)同時，運算放大器IC1的第2腳和第3腳可認為是“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)整個驅動器正常工作時，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的開啟電壓。GmMOS管M1的跨導。
由于達林頓管M2和二極管D1工作時導通電壓很小，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]]>整個高壓放大級的放大倍數(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)式可化簡為k＝1+R2/R3壓電陶瓷器件是一種新型的電-機轉換的主動器件，它兼有高靈敏度和大量程的特點，且具有體積小，重量輕；結構一體化，不存在相對滑動和滾動的運動付，可靠性好；效率高，可控性好等優(yōu)點；壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器為壓電陶瓷執(zhí)行器件提供了一個性能良好的放大器，輸出電壓達0～500V，截止頻率達800Hz。采用此驅動電路的預校波貯藏器，可大大改善壓電陶瓷執(zhí)行器件的線性度指標，因此它具有廣闊的應用前景，可在光掃描精密定位、微位移器、光路調制控制、自動控制等領域得以應用(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，無相對滑動的部件，不存在磨擦、磨損、空隙等問題，并可利用改變工作波形的方法實現(xiàn)任意波形的掃描。利用此驅動器可達到8°的掃描角，實現(xiàn)20Hz的鋸齒波(占空比為8∶2)掃描，線性度優(yōu)于1％。目前，已在我國資源衛(wèi)星像補償掃描器上采用，進行試驗。
(2) 精密度定位壓電陶瓷執(zhí)行器件可以實現(xiàn)較大的位移，用其相關原理可以制成壓電導軌，其位移可由驅動電壓決定，電壓和位移的關系是相應的，具有較好的可控性，較易實現(xiàn)計算機的編程控制，這在微位移，高精度定位等方面將得以應用。
(3)自適應適應光學壓電陶瓷器件可實現(xiàn)可控的位移和角偏擺，因此用它可構成可控光陣列，由計算機控制，實現(xiàn)系統(tǒng)光參量的自適應變化。
(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，用于自動控制系統(tǒng)中。
壓電陶瓷執(zhí)行器因其性能上的優(yōu)點，具有強大的生命力和良好的發(fā)展前景。隨著壓電陶瓷器件的開發(fā)和推廣工作的深入進行，與其配套的驅動器的應用也將日益擴大。
本實用新型的優(yōu)點是(1)驅動電路輸出端設置一個電流釋放級，以提高其頻率響應。
(2)在放大電路中加入電壓負反饋，來穩(wěn)定整個電路的放大倍數(shù)。
(3)本驅動電路加上了一個波形預校環(huán)節(jié)，改善固態(tài)壓電陶瓷執(zhí)行器件的性能。
(4)設計了一個并行輸入口，能方便的和計算機接口。
權利要求1.一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器，它將輸入的并行數(shù)字控制信號送入預校波形存貯器，數(shù)字控制信號被其轉化為設定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉換級，數(shù)模轉換級將數(shù)字輸入轉換成模擬信號送入信號組合級，最后送入高壓放大級，其特征在于所說的高壓放大級的電路為電阻R1、R2、R3、R4、R5，MOS管M1、運算放大器IC1構成高壓放大級，其中運算放大器IC1，MOS管M1構成前向放大通道，電阻R2，R3組成電壓負反饋，輸入信號V0經(jīng)高壓放大級放大到壓電陶瓷執(zhí)行器件工作所需高電壓，達林頓管M2和電阻R6組成一個電流放大級，用以提高整個電路的輸出電流的能力，二極管D1構成電流釋放級，當電壓V5上升時，二極管D1反向截止，當電壓V5下降時，二級管D1導通，達林頓管M2不工作，容性負載上的電荷經(jīng)過二極管D1，MOS管M1這個通道泄放。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器，其特征在于所說的高壓放大級的電路為電阻R1一端為輸入控制信號端，另一端與運算放大器IC1第2腳、電阻R4的一端相連，電阻R3一端接地，另一端與運算放大器IC1第3腳、電阻R2一端相連，運算放大器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、達林頓管M2的B極、二極管D1的陰極相連，達林頓管M2的E極與二極管D1的陽極相連，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，其另一端與達林頓管M2的C極相接。
專利摘要本實用新型公開了一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅動器，它將輸入的并行數(shù)字控制信號送入預校波形存貯器，數(shù)字控制信號被其轉化為設定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉換級；數(shù)模轉換級將數(shù)字輸入轉換成模擬信號送入信號組合級，信號組合級調整模擬信號的幅度和偏置；最后送入高壓放大級。采用本實用新型能提高頻率響應，穩(wěn)定整個電路放大倍數(shù)，能方便和計算機接口。
文檔編號H03H9/125GK2252453SQ95220100
公開日1997年4月16日 申請日期1995年9月1日 優(yōu)先權日1995年9月1日
發(fā)明者朱成武, 劉承, 楊國光, 舒曉武 申請人:浙江大學