專利名稱:一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓電陶瓷掃描器的驅(qū)動(dòng)裝置，尤其涉及一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷掃描器是掃描探針顯微鏡的主要運(yùn)動(dòng)部件之一，它帶動(dòng)探針或者樣品進(jìn)行Χ、γ方向的掃描及Z方向的運(yùn)動(dòng)，從而完成樣品表面形貌成像。壓電陶瓷掃描器的核心部分是壓電陶瓷管，壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的無機(jī)非金屬材料，當(dāng)對(duì)壓電陶瓷管外部施加電壓時(shí)，材料會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，即伸長或縮短，由電壓的正負(fù)決定，形變的大小則由電場強(qiáng)度決定。壓電陶瓷在電場作用下產(chǎn)生的形變量其實(shí)很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一，但是卻需要較高的電壓來作用，正是基于這微小的形變而制作成的壓電陶瓷掃描器應(yīng)用在精密儀器的控制上卻意義非凡。
壓電陶瓷掃描器正常工作需要高電壓來驅(qū)動(dòng)，掃描探針顯微鏡的電子控制系統(tǒng)則通常是由數(shù)字信號(hào)經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換成模擬低壓信號(hào)來控制掃描的，屬于弱電控制，這就需要相應(yīng)的高壓放大器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行高壓放大，然后才能驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷掃描器動(dòng)作。目前普遍應(yīng)用的高壓放大器均采用高電壓集成運(yùn)算放大器(集成芯片)構(gòu)成的，一片芯片價(jià)格上千元甚至更高，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，儀器造價(jià)昂貴?，F(xiàn)有技術(shù)中通用的如國內(nèi)中科院生產(chǎn)的⑶-1 型高壓放大器，美國生產(chǎn)的ΡΖ-70型高壓放大器，雖然放大倍數(shù)大，輸出電壓更高，但無疑造價(jià)更昂貴，且必須獨(dú)立使用，不適合應(yīng)用于掃描探針顯微鏡等精密儀器中，影響產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器，為克服現(xiàn)有產(chǎn)品放大器成本高，電路復(fù)雜，影響儀器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等不足。
本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器，包括模擬輸入端、負(fù)高壓輸出端和正高壓輸出端，所述模擬輸入端與負(fù)高壓輸出端之間通過線路順次連接輸入端保護(hù)電路、 前置放大電路、電壓放大電路以及功率放大電路，其中電壓放大電路與功率放大電路之間并聯(lián)有偏置電路，模擬輸入端與負(fù)高壓輸出端之間并聯(lián)有反饋回路；負(fù)高壓輸出端連接到正高壓放大電路的輸入端，然后依次連接另一輸入端保護(hù)電路、前置放大電路、電壓放大電路和功率放大電路且正高壓放大電路的電壓放大電路與功率放大電路之間并聯(lián)有另一偏置電路，正高壓放大電路的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有另一反饋回路。
本實(shí)用新型的有益效果為電路簡單、成本低、可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意波形的信號(hào)進(jìn)行正向和反向高壓放大，輸出0-200V高壓，應(yīng)用在掃描探針顯微鏡上，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷掃描器動(dòng)作； 最大輸出電壓可達(dá)200V，紋波< 3mV ；輸出到零電平OV士 5mV ；2000pF100kQ負(fù)載3dB帶寬 > 200Hz，失真度< 2% ；3300pF100kQ 負(fù)載 3dB 帶寬> 6kHz，失真度< 2%。


下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器的電路原理框圖；
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器的電路圖。
圖中
1、模擬輸入端；2、負(fù)高壓輸出端；3、正高壓輸出端；4、輸入端保護(hù)電路；5、前置放大電路；6、電壓放大電路；7、功率放大電路；8、偏置電路；9、反饋回路。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器，包括模擬輸入端1、負(fù)高壓輸出端2和正高壓輸出端3，所述模擬輸入端1與負(fù)高壓輸出端2之間通過線路順次連接輸入端保護(hù)電路4、前置放大電路5、電壓放大電路6以及功率放大電路7，其中電壓放大電路6與功率放大電路7之間并聯(lián)有偏置電路8，模擬輸入端1 與負(fù)高壓輸出端2之間并聯(lián)有反饋回路9 ；負(fù)高壓輸出端2連接到正高壓放大電路的輸入端，然后依次連接另一輸入端保護(hù)電路4、前置放大電路5、電壓放大電路6和功率放大電路 7且正高壓放大電路的電壓放大電路6與功率放大電路7之間并聯(lián)有另一偏置電路8，正高壓放大電路的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有另一反饋回路9。
工作時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷掃描器動(dòng)作的模擬輸入信號(hào)，電壓值較低，輸入到本實(shí)用新型的輸入端保護(hù)電路4中，所述輸入端保護(hù)電路4主要是為了防止放大器輸入端差?；蚬材ｋ妷哼^高時(shí)損壞輸入級(jí)的晶體管。輸入端保護(hù)電路4同時(shí)連接所述前置放大電路5， 所述前置放大電路5主要是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行反向放大。經(jīng)過反向放大后的信號(hào)先進(jìn)入到所述電壓放大電路6，而后又進(jìn)入到了所述功率放大電路7，功率放大主要是提高整個(gè)放大器的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，連接電壓放大電路6和功率放大電路7的是所述偏置電路8，所述偏置電路8主要為電壓放大級(jí)和功率放大級(jí)提供合適的工作電流。經(jīng)過了電壓放大和功率放大后的信號(hào)就到了負(fù)高壓輸出端了，所述反饋回路9連接負(fù)高壓輸出端和放大器的輸入端，通過改變所述反饋回路9的電阻值可以直接改變整個(gè)放大器的電壓增益，引入反饋回路能維持增益的恒定，對(duì)放大器的性能也起到改善作用。
所述負(fù)高壓輸出端的信號(hào)直接連接到正高壓放大電路的輸入端，然后依次連接所述輸入端保護(hù)電路4、所述前置放大電路5、所述電壓放大電路6和所述功率放大電路7，就到了正高壓輸出端了。所述偏置電路8連接電壓放大電路6和功率放大電路7，所述反饋回路9連接正高壓輸出端和輸入端。調(diào)節(jié)正高壓放大電路的反饋回路9的系數(shù)，使輸出的電壓增益為-1，于是就可以得到正負(fù)兩組電壓相等的高壓信號(hào)了。
如圖2所示，Jl為高壓放大器的輸入模擬信號(hào)，J2為經(jīng)過高壓放大器放大后的反向電壓，J3為經(jīng)過高壓放大器放大后的正向電壓。R51、R52、C53構(gòu)成了連接負(fù)高壓放大電路輸入端和輸出端的反饋回路，放大倍數(shù)直接由反饋回路決定，即Av=U0Ut/Uin= (-R51) / R52，由此可知，改變R51和R52的阻值可以直接改變電壓增益。二極管D15，D16和電阻R44
4對(duì)負(fù)高壓放大電路起輸入端保護(hù)作用，穩(wěn)壓管Z2和電阻R37對(duì)集成運(yùn)放U3輸出端起保護(hù)作用。由U3B、R41、C24組成的前置放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行反向放大，其中U3是一種精密、低噪聲、低輸入偏置電流、寬帶寬JFET運(yùn)算放大器。
由T7、R27、R28和D5構(gòu)成了電壓放大電路，其中T7是一種PNP型低功耗、高電壓三極管，其集電極和發(fā)射極之間電勢差Vceo可達(dá)到-400V。由T1、T3、R1、R2、R10、R17、C18 等組成的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，其中Tl是一種NPN型低功耗、高電壓三極管，其集電極和發(fā)射極之間電勢差Vceo可達(dá)到400V，T3和T7型號(hào)一樣。由D2、Rll、W3組成的偏置電路，調(diào)節(jié)W3阻值可以為電壓放大和功率放大電路提供合適的工作電流。
電容C3和Cl主要是對(duì)提供放大器工作的正負(fù)直流電源起濾波作用。
本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本實(shí)用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器，包括模擬輸入端(1)、負(fù)高壓輸出端 (2)和正高壓輸出端(3)，其特征在于所述模擬輸入端(1)與負(fù)高壓輸出端(2)之間通過線路順次連接輸入端保護(hù)電路(4)、前置放大電路(5)、電壓放大電路(6)以及功率放大電路 (7)，其中電壓放大電路(6)與功率放大電路(7)之間并聯(lián)有偏置電路(8)，模擬輸入端(1) 與負(fù)高壓輸出端(2)之間并聯(lián)有反饋回路(9);負(fù)高壓輸出端(2)連接到正高壓放大電路的輸入端，然后依次連接另一輸入端保護(hù)電路(4)、前置放大電路(5)、電壓放大電路(6)和功率放大電路(7)且正高壓放大電路的電壓放大電路(6)與功率放大電路(7)之間并聯(lián)有另一偏置電路(8)，正高壓放大電路的輸入端與輸出端之間并聯(lián)有另一反饋回路(9)。
專利摘要
本實(shí)用新型涉及一種用于壓電陶瓷掃描器驅(qū)動(dòng)的高壓放大器，包括模擬輸入端、負(fù)高壓輸出端和正高壓輸出端，模擬輸入端與負(fù)高壓輸出端之間通過線路順次連接輸入端保護(hù)電路、前置放大電路、電壓放大電路以及功率放大電路，其中電壓放大電路與功率放大電路之間并聯(lián)有偏置電路，模擬輸入端與負(fù)高壓輸出端之間并聯(lián)有反饋回路；負(fù)高壓輸出端連接到正高壓放大電路的輸入端，然后依次連接另一輸入端保護(hù)電路、前置放大電路、電壓放大電路和功率放大電路。本實(shí)用新型的有益效果為電路簡單、成本低、可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意波形的信號(hào)進(jìn)行正向和反向高壓放大，輸出0-200V高壓，應(yīng)用在掃描探針顯微鏡上，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷掃描器動(dòng)作。
文檔編號(hào)G01Q10/00GKCN202119795SQ201120236820
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月6日
發(fā)明者羅先照, 韓雄 申請(qǐng)人:蘇州海茲思納米科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan