旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路及利用該放大電路進(jìn)行旁路電容補(bǔ)償?shù)姆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶振傳感器旁路電容的補(bǔ)償技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶振傳感器具有傳統(tǒng)懸臂梁傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如具有較高的Q值，具有自激發(fā)自檢測(cè)功能，彈性系數(shù)大從而不會(huì)發(fā)生“突跳接觸”現(xiàn)象等，因此被廣泛用作掃描探針顯微鏡的傳感器。利用晶振的壓電效應(yīng)，將懸臂的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并由前置放大器檢測(cè)，因此前置放大器在晶振傳感器信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。但是前置放大器電路中晶振傳感器的旁路電容會(huì)影響諧振，造成諧振曲線不對(duì)稱(chēng)、諧振頻率偏移及共振點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相位偏移，而目前還沒(méi)有對(duì)旁路電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決晶振傳感器中旁路電容影響諧振，導(dǎo)致諧振曲線不對(duì)稱(chēng)、諧振頻率偏移及共振點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的相位偏移，以及沒(méi)有對(duì)旁路電容進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ膯?wèn)題，從而提供旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路及利用該放大電路進(jìn)行旁路電容補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>[0004]本發(fā)明所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路，它包括變壓器、電阻、一號(hào)變?nèi)荻O管、電源、二號(hào)變?nèi)荻O管和運(yùn)算放大器；
[0005]變壓器的一次側(cè)為所述旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的信號(hào)輸入端，變壓器的二次側(cè)的一個(gè)接線端連接晶振傳感器的一端，晶振傳感器的另一端連接二號(hào)變?nèi)荻O管的陽(yáng)極，二號(hào)變?nèi)荻O管的陰極連接一號(hào)變?nèi)荻O管的陰極，一號(hào)變?nèi)荻O管的陽(yáng)極連接變壓器的二次側(cè)的另一個(gè)接線端，變壓器中性點(diǎn)接地，一號(hào)變?nèi)荻O管與二號(hào)變?nèi)荻O管的公共端連接電源的正極；晶振傳感器與二號(hào)變?nèi)荻O管的公共端同時(shí)連接電阻的一端和運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器同相輸入端接地，電阻的另一端連接運(yùn)算放大器的輸出端，且電阻與運(yùn)算放大器的公共端作為所述旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的信號(hào)輸出端。
[0006]上述電阻的阻值范圍為20ΜΩ-100ΜΩ。上述電源的電壓為27V。
[0007]上述運(yùn)算放大器的型號(hào)為0P27或0P627，運(yùn)算放大器的帶寬范圍為230MHZ-1.6GHzo
[0008]所述放大電路還包括數(shù)字控制系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)連接電源的負(fù)極。
[0009]上述運(yùn)算放大器的帶寬范圍為230MHz-l.6GHz。
[0010]利用旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路進(jìn)行旁路電容補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法包括以下步驟:
[0011]步驟一、將驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin加載到變壓器的一次側(cè)；
[0012]步驟二、通過(guò)電源的負(fù)極向一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管提供反向偏壓，且反向偏壓值從0.5V逐漸增大；
[0013]步驟三、檢測(cè)所述旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的輸出信號(hào)Vout，并記錄輸出信號(hào)Vout為O時(shí)的反向偏壓值；
[0014]步驟四、將步驟二所述的反向偏壓值調(diào)節(jié)到輸出信號(hào)為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向偏壓值，實(shí)現(xiàn)旁路電容補(bǔ)償。
[0015]步驟二中，通過(guò)數(shù)字控制系統(tǒng)來(lái)控制輸入到一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管的反向偏壓。
[0016]步驟一中，通過(guò)電腦終端控制程序輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin的頻率比晶振傳感器的諧振頻率高20KHz-30KHz，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vin的振幅范圍為0.5V-2V。
[0017]步驟二中反向偏壓值的變化步長(zhǎng)為0.0lV的整數(shù)倍。
[0018]步驟二中反向偏壓值的變化范圍為0.5V-3V。
[0019]本發(fā)明所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路中，一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管的電容與反向偏壓之間存在固定關(guān)系:反向偏壓增加，電容減小，反之，反向偏壓減小，電容增加。輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)檎穹嗤?、相位相?80度的兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中一路輸入到晶振傳感器中，另一路輸入到一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管中。在電源負(fù)極加載一個(gè)偏壓值，用于向一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管提供一個(gè)反向偏壓，并控制該反向偏壓在一定范圍內(nèi)變化，同時(shí)監(jiān)測(cè)放大電路的輸出信號(hào)，當(dāng)該輸出信號(hào)為O時(shí)所對(duì)應(yīng)的電容即為晶振傳感器的旁路電容，將反向偏壓值設(shè)定在輸出信號(hào)為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向偏壓值，即可實(shí)現(xiàn)旁路電容補(bǔ)償，完全消除晶振傳感器中旁路電容對(duì)諧振的影響。
[0020]本發(fā)明所述的利用旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的進(jìn)行旁路電容補(bǔ)償?shù)姆椒?，將?qū)動(dòng)信號(hào)Vin加載到變壓器的一次側(cè)，向一號(hào)變?nèi)荻O管和二號(hào)變?nèi)荻O管提供反向偏壓，且反向偏壓值從0.5V逐漸增大，當(dāng)輸出信號(hào)Vout為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的電容即為晶振傳感器的旁路電容，將反向偏壓值設(shè)定在輸出信號(hào)為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向偏壓值，即可實(shí)現(xiàn)旁路電容補(bǔ)償，進(jìn)而消除晶振傳感器中旁路電容對(duì)諧振的影響。本發(fā)明通過(guò)施加反向偏壓來(lái)精確補(bǔ)償旁路電容，數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)反向偏壓的調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、方便、快捷，對(duì)皮法級(jí)別的旁路電容的補(bǔ)償精度能夠達(dá)到飛法級(jí)別。
[0021]本發(fā)明可用于對(duì)晶振傳感器進(jìn)行旁路電容補(bǔ)償，適用于原子力顯微鏡AFM或其他設(shè)備中。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]【具體實(shí)施方式】一:參照?qǐng)D1具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路，它包括變壓器2、電阻R、一號(hào)變?nèi)荻O管5、電源7、二號(hào)變?nèi)荻O管8和運(yùn)算放大器9 ;
[0024]變壓器2的一次側(cè)為所述旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的信號(hào)輸入端，變壓器2的二次側(cè)的一個(gè)接線端連接晶振傳感器3的一端，晶振傳感器3的另一端連接二號(hào)變?nèi)荻O管8的陽(yáng)極，二號(hào)變?nèi)荻O管8的陰極連接一號(hào)變?nèi)荻O管5的陰極，一號(hào)變?nèi)荻O管5的陽(yáng)極連接變壓器2的二次側(cè)的另一個(gè)接線端，變壓器中性點(diǎn)接地，一號(hào)變?nèi)荻O管5與二號(hào)變?nèi)荻O管8的公共端連接電源7的正極；晶振傳感器3與二號(hào)變?nèi)荻O管8的公共端同時(shí)連接電阻R的一端和運(yùn)算放大器9的反相輸入端，運(yùn)算放大器9同相輸入端接地，電阻R的另一端連接運(yùn)算放大器9的輸出端，且電阻R與運(yùn)算放大器9的公共端作為所述旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路的信號(hào)輸出端。
[0025]上述放大電路中，運(yùn)算放大器所采用的增益帶寬積不同，則檢測(cè)帶寬不同，檢測(cè)到晶振傳感器3的晶振頻率帶寬范圍不同。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，電阻R的阻值范圍為20ΜΩ-100M Ω。
[0027]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，電源7的電壓為27V。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的旁路電容補(bǔ)償晶振傳感器放大電路作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)施方式中，運(yùn)算放大器9的型號(hào)為0P27或0P627，運(yùn)算放大器9的帶寬范圍為230MHZ-1.6GHzο
[0029]型號(hào)為0P27或0P627的運(yùn)算放大器9適用于共振頻率為32.768kHz的