專利名稱：具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動(dòng)雙極性壓電陶瓷的電源裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源種類不多，而且就其實(shí)質(zhì)而言，大多是針對(duì)容性負(fù)載的精確高壓驅(qū)動(dòng)放大器。由于驅(qū)動(dòng)電源本身不具備產(chǎn)生波形功能，因此用戶在使用中，必須配備額外信號(hào)源(例如信號(hào)發(fā)生器等)，導(dǎo)致用戶接線復(fù)雜、成本高、實(shí)時(shí)調(diào)整困難等諸多不便。如果采用軟件編程以數(shù)字方式產(chǎn)生諸如三角波、正弦波等波形，由于程序本身功能和計(jì)算機(jī)預(yù)留的硬件限制，很難獲得高精度波形，而且頻率也受到限制。另外，從用戶角度講，有相當(dāng)一部分用戶是用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源來(lái)做各種試驗(yàn)的，在驅(qū)動(dòng)精度能保證的前提下，他們更關(guān)心的是調(diào)整方便，甚至能實(shí)現(xiàn)不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的定時(shí)切換?，F(xiàn)有的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源難以實(shí)現(xiàn)上述功能，故在推廣時(shí)受到很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種調(diào)節(jié)方便、控制靈活并且發(fā)生的是模擬波形的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。本發(fā)明通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)一種具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，它由單片機(jī)1、可變電壓輸出電路2、波形產(chǎn)生電路4、可變電流輸出電路5、波形處理和信號(hào)緩沖電路6、計(jì)數(shù)器7、模擬開(kāi)關(guān)8和升壓輸出電路9組成，單片機(jī)1的輸出端I連接可變電壓輸出電路2的受控端，單片機(jī)1的輸出端III連接波形產(chǎn)生電路4的波形選擇端口C，單片機(jī)1的輸出端IV連接可變電流輸出電路5的受控端，單片機(jī)1的輸出端V連接模擬開(kāi)關(guān)8的受控端，可變電壓輸出電路2的兩個(gè)輸出端分別連接波形產(chǎn)生電路4的占空比調(diào)整端口B和波形產(chǎn)生電路4的頻率調(diào)整端口A，波形產(chǎn)生電路4的電流輸入端口E連接可變電流輸出電路5的輸出端，波形產(chǎn)生電路4的波形輸出端口D連接波形處理和信號(hào)緩沖電路6的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的兩個(gè)輸出端分別連接模擬開(kāi)關(guān)8的兩個(gè)輸入端，模擬開(kāi)關(guān)8的輸出端連接升壓輸出電路9的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的另一個(gè)輸出端連接計(jì)數(shù)器7的輸入端，計(jì)數(shù)器7的輸出端連接單片機(jī)1的輸入端。本發(fā)明中的波形產(chǎn)生電路4采用了產(chǎn)生波形的芯片MAX038，通過(guò)對(duì)該芯片的正確使用，并且結(jié)合精密運(yùn)算放大器LM324和數(shù)字電位器MAX5455，可以產(chǎn)生多種波形，并且能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)節(jié)占空比。信號(hào)發(fā)生芯片MAX038能產(chǎn)生模擬的三角波、方波、正弦波等等，頻率從0.1Hz到20MHz可調(diào)，這些模擬信號(hào)從根本上克服了通過(guò)數(shù)字合成方式難以解決的分辨率問(wèn)題，提高了對(duì)壓電陶瓷控制的精度。所有波形的選擇都通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字指令的調(diào)節(jié)，因此用戶通過(guò)外設(shè)的計(jì)算機(jī)就能很方便地對(duì)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。發(fā)出的波形信號(hào)都被計(jì)數(shù)器7記數(shù)并傳送入單片機(jī)1進(jìn)行控制，不用增加任何設(shè)備就可以控制輸出波形的個(gè)數(shù)和時(shí)間，這樣極大的減少了一般的驅(qū)動(dòng)電源給用戶帶來(lái)的不便。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、工作可靠和具有較大推廣值的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由單片機(jī)1、可變電壓輸出電路2、波形產(chǎn)生電路4、可變電流輸出電路5、波形處理和信號(hào)緩沖電路6、計(jì)數(shù)器7、模擬開(kāi)關(guān)8和升壓輸出電路9組成，單片機(jī)1的輸出端I連接可變電壓輸出電路2的受控端，單片機(jī)1的輸出端III連接波形產(chǎn)生電路4的波形選擇端口C，單片機(jī)1的輸出端IV連接可變電流輸出電路5的受控端，單片機(jī)1的輸出端V連接模擬開(kāi)關(guān)8的受控端，可變電壓輸出電路2的兩個(gè)輸出端分別連接波形產(chǎn)生電路4的占空比調(diào)整端口B和波形產(chǎn)生電路4的頻率調(diào)整端口A，波形產(chǎn)生電路4的電流輸入端口E連接可變電流輸出電路5的輸出端，波形產(chǎn)生電路4的波形輸出端口D連接波形處理和信號(hào)緩沖電路6的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的兩個(gè)輸出端分別連接模擬開(kāi)關(guān)8的兩個(gè)輸入端，模擬開(kāi)關(guān)8的輸出端連接升壓輸出電路9的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的另一個(gè)輸出端連接計(jì)數(shù)器7的輸入端，計(jì)數(shù)器7的輸出端連接單片機(jī)1的輸入端。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖2具體說(shuō)明本實(shí)施方式。波形產(chǎn)生電路4由芯片U5、電容C1、電容C2和電阻R1組成，芯片U5的腳3和腳4分別連接單片機(jī)1的兩個(gè)輸出端，通過(guò)單片機(jī)1輸出的控制信號(hào)來(lái)選擇芯片U5的輸出波形，芯片U5的腳1連接電容C1的一端、電阻R1的一端和電源+VA，電容C1的另一端連接芯片U5的腳7，芯片U5的腳5和腳11之間串聯(lián)有電容C2，芯片U5的腳20連接電源-VA。芯片U5選用型號(hào)是MAX038，單片機(jī)1選用型號(hào)是MSP430?？勺冸娏鬏敵鲭娐?由數(shù)字電位器U2組成，數(shù)字電位器U2的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13和腳14分別連接在單片機(jī)1的輸出端，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器U2的腳4和腳10連接電源+VA，數(shù)字電位器U2的腳8連接電源-VA，數(shù)字電位器U2的腳5連接電阻R1的另一端，數(shù)字電位器U2的腳7連接芯片U5的腳10，以向芯片U5傳送信號(hào)從而確定芯片U5的輸出波形的基準(zhǔn)頻率。數(shù)字電位器U2的型號(hào)是MAX5455，因其是數(shù)字電位器，調(diào)節(jié)方便?？勺冸妷狠敵鲭娐?由數(shù)字電位器U1組成，數(shù)字電位器U1的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13和腳14分別連接在單片機(jī)1的輸出端，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器U1的腳6連接芯片U5的腳8，以向芯片U5傳送輸出波形頻率微調(diào)信號(hào)，數(shù)字電位器U1的腳9連接芯片U5的腳7，以向芯片U5傳送輸出波形占空比的調(diào)整信號(hào)。數(shù)字電位器U1的型號(hào)是MAX5455。波形產(chǎn)生電路4能輸出幾十到到幾十千赫茲的頻率輸出，并且在基準(zhǔn)頻率確定后能有正負(fù)百分之七十的微調(diào)整，調(diào)整分辨力可達(dá)到千分之五(由數(shù)字電位器的精度決定)。波形處理和信號(hào)緩沖電路6由五個(gè)集成運(yùn)算放大器(U6A、U6B、U6C、U6D和U9)、十個(gè)電阻(R2、R3、R4、R5、R6、R8、R9、R27、R28和R30)、電位器R29、電位器R31和數(shù)字電位器U3組成，集成運(yùn)算放大器U6A的同相輸入端連接芯片U5的腳19，從而接收芯片U5輸出的波形信號(hào)，集成運(yùn)算放大器U6A的輸出端連接其反相輸入端和電阻R27的一端，電阻R27的另一端連接集成運(yùn)算放大器U6B的反相輸入端、電阻R28的一端和電位器R29的一端，集成運(yùn)算放大器U6B的同相輸入端通過(guò)電阻R3接地，集成運(yùn)算放大器U6B的輸出端連接電位器R29的另一端和其滑動(dòng)端以及集成運(yùn)算放大器U9的同相輸入端，集成運(yùn)算放大器U9的反相輸入端連接集成運(yùn)算放大器U9的輸出端，電阻R28的另一端連接電位器R31的滑動(dòng)端，電位器R31的一固定端接地，電位器R31的另一固定端通過(guò)電阻R30連接電源+VA，數(shù)字電位器U3的腳6連接集成運(yùn)算放大器U9的輸出端，數(shù)字電位器U3的腳4接電源+VA，數(shù)字電位器U3的腳7、腳8和腳11接地，數(shù)字電位器U3的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13、腳14分別連接在單片機(jī)1的輸出端上，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器U3的型號(hào)是MAX5455，數(shù)字電位器U3的腳5連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接電阻R6的一端和集成運(yùn)算放大器U6C的反相輸入端，集成運(yùn)算放大器U6C的同相輸入端連接電阻R4的一端，電阻R4的另一端接地，集成運(yùn)算放大器U6C的輸出端連接電阻R6的另一端和電阻R8的一端，電阻R8的另一端連接集成運(yùn)算放大器U6D的反相輸入端和電阻R9的一端，集成運(yùn)算放大器U6D的同相輸入端通過(guò)電阻R2接地，電阻R9的另一端連接集成運(yùn)算放大器U6D的輸出端。以上的五個(gè)集成運(yùn)算放大器都選用LM324型號(hào)。波形處理和信號(hào)緩沖電路6接收芯片U5的輸出的幅值為正負(fù)1V波形信號(hào)，通過(guò)集成運(yùn)算放大器U6B，調(diào)整為單象限的輸出，通過(guò)數(shù)字電位器U3實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅值的控制，然后波形信號(hào)分別在集成運(yùn)算放大器U6C和集成運(yùn)算放大器U6D的輸出端輸出兩組波形相位相反的信號(hào)。模擬開(kāi)關(guān)8選用MAX4533型芯片，其輸入端分別連接在集成運(yùn)算放大器U6C和集成運(yùn)算放大器U6D的輸出端上，完成正負(fù)兩組信號(hào)的選擇。計(jì)數(shù)器7的輸入端連接在集成運(yùn)算放大器U6C或集成運(yùn)算放大器U6D的輸出端上，以完成對(duì)輸出波形的脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。升壓輸出電路9完成波形信號(hào)的放大，以驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷。能通過(guò)選用美國(guó)Apex公司生產(chǎn)的PA140集成運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，所述模擬開(kāi)關(guān)8由多路模擬開(kāi)關(guān)8-1、8-2、8-3和8-4組成，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的輸出端M分別連接模擬開(kāi)關(guān)8的輸入端M1、M2、M3和M4，波形處理和信號(hào)緩沖電路6的輸出端N分別連接模擬開(kāi)關(guān)8的輸入端N1、N2、N3和N4，模擬開(kāi)關(guān)8的輸出端O1、O2、O3和O4分別連接一個(gè)升壓輸出電路9，多路模擬開(kāi)關(guān)8-1、8-2、8-3和8-4的受控端口K1、K2、K3和K4分別連接單片機(jī)1的輸出端。如此設(shè)置，通過(guò)單片機(jī)1的控制作用，能獲得四路波形輸出，而每一路又包含正反相兩組波形信號(hào)。因此本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電源能同時(shí)驅(qū)動(dòng)多組雙極性壓電陶瓷。
權(quán)利要求
1.一種具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是它由單片機(jī)(1)、可變電壓輸出電路(2)、波形產(chǎn)生電路(4)、可變電流輸出電路(5)、波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)、計(jì)數(shù)器(7)、模擬開(kāi)關(guān)(8)和升壓輸出電路(9)組成，單片機(jī)(1)的輸出端(I)連接可變電壓輸出電路(2)的受控端，單片機(jī)(1)的輸出端(III)連接波形產(chǎn)生電路(4)的波形選擇端口(C)，單片機(jī)(1)的輸出端(IV)連接可變電流輸出電路(5)的受控端，單片機(jī)(1)的輸出端(V)連接模擬開(kāi)關(guān)(8)的受控端，可變電壓輸出電路(2)的兩個(gè)輸出端分別連接波形產(chǎn)生電路(4)的占空比調(diào)整端口(B)和波形產(chǎn)生電路(4)的頻率調(diào)整端口(A)，波形產(chǎn)生電路(4)的電流輸入端口(E)連接可變電流輸出電路(5)的輸出端，波形產(chǎn)生電路(4)的波形輸出端口(D)連接波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)的兩個(gè)輸出端分別連接模擬開(kāi)關(guān)(8)的兩個(gè)輸入端，模擬開(kāi)關(guān)(8)的輸出端連接升壓輸出電路(9)的輸入端，波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)的另一個(gè)輸出端連接計(jì)數(shù)器(7)的輸入端，計(jì)數(shù)器(7)的輸出端連接單片機(jī)(1)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是波形產(chǎn)生電路(4)由芯片(U5)、電容(C1)、電容(C2)和電阻(R1)組成，芯片(U5)的腳3和腳4分別連接單片機(jī)(1)的兩個(gè)輸出端，通過(guò)單片機(jī)(1)輸出的控制信號(hào)來(lái)選擇芯片(U5)的輸出波形，芯片(U5)的腳1連接電容(C1)的一端、電阻(R1)的一端和電源(+VA)，電容(C1)的另一端連接芯片(U5)的腳7，芯片(U5)的腳5和腳11之間連接有電容(C2)，芯片(U5)的腳20連接電源(-VA)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是可變電流輸出電路(5)由數(shù)字電位器(U2)組成，數(shù)字電位器(U2)的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13和腳14分別連接在單片機(jī)(1)的輸出端，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器(U2)的腳4和腳10連接電源(+VA)，數(shù)字電位器(U2)的腳8連接電源(-VA)，數(shù)字電位器(U2)的腳5連接電阻(R1)的另一端，數(shù)字電位器(U2)的腳7連接芯片(U5)的腳10，以向芯片(U5)傳送信號(hào)從而確定芯片(U5)的輸出波形的基準(zhǔn)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是可變電壓輸出電路(2)由數(shù)字電位器(U1)組成，數(shù)字電位器(U1)的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13和腳14分別連接在單片機(jī)(1)的輸出端，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器(U1)的腳6連接芯片(U5)的腳8，以向芯片(U5)傳送輸出波形頻率微調(diào)信號(hào)，數(shù)字電位器(U1)的腳9連接芯片(U5)的腳7，以向芯片(U5)傳送輸出波形占空比的調(diào)整信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)由五個(gè)集成運(yùn)算放大器(U6A、U6B、U6C、U6D和U9)、十個(gè)電阻(R2、R3、R4、R5、R6、R8、R9、R27、R28和R30)、電位器(R29)、電位器(R31)和數(shù)字電位器(U3)組成，集成運(yùn)算放大器(U6A)的同相輸入端連接芯片(U5)的腳19，從而接收芯片(U5)輸出的波形信號(hào)，集成運(yùn)算放大器(U6A)的輸出端連接其反相輸入端和電阻(R27)的一端，電阻(R27)的另一端連接集成運(yùn)算放大器(U6B)的反相輸入端、電阻(R28)的一端和電位器(R29)的一端，集成運(yùn)算放大器(U6B)的同相輸入端通過(guò)電阻(R3)接地，集成運(yùn)算放大器(U6B)的輸出端連接電位器(R29)的另一端和其滑動(dòng)端以及集成運(yùn)算放大器(U9)的同相輸入端，集成運(yùn)算放大器(U9)的反相輸入端連接集成運(yùn)算放大器(U9)的輸出端，電阻(R28)的另一端連接電位器(R31)的滑動(dòng)端，電位器(R31)的一端接地，電位器(R31)的另一端通過(guò)電阻(R30)連接電源(+VA)，數(shù)字電位器(U3)的腳6連接集成運(yùn)算放大器(U9)的輸出端，數(shù)字電位器(U3)的腳4接電源(+VA)，數(shù)字電位器(U3)的腳7、腳8和腳11接地，數(shù)字電位器(U3)的腳1、腳2、腳3、腳12、腳13、腳14分別連接在單片機(jī)1的輸出端上，以獲得片選、中斷和調(diào)壓信號(hào)，數(shù)字電位器(U3)的腳5連接電阻(R5)的一端，電阻(R5)的另一端連接電阻(R6)的一端和集成運(yùn)算放大器(U6C)的反相輸入端，集成運(yùn)算放大器(U6C)的同相輸入端連接電阻(R4)的一端，電阻(R4)的另一端接地，集成運(yùn)算放大器(U6C)的輸出端連接電阻(R6)的另一端和電阻(R8)的一端，電阻(R8)的另一端連接集成運(yùn)算放大器(U6D)的反相輸入端和電阻(R9)的一端，集成運(yùn)算放大器(U6D)的同相輸入端通過(guò)電阻(R2)接地，電阻(R9)的另一端連接集成運(yùn)算放大器(U6D)的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，其特征是所述模擬開(kāi)關(guān)(8)由多路模擬開(kāi)關(guān)(8-1)、(8-2)、(8-3)和(8-4)組成，波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)的輸出端(M)分別連接模擬開(kāi)關(guān)(8)的輸入端(M1)、(M2)、(M3)和(M4)，波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)的輸出端N分別連接模擬開(kāi)關(guān)(8)的輸入端(N1)、(N2)、(N3)和(N4)，模擬開(kāi)關(guān)(8)的輸出端(O1)、(O2)、(O3)和(O4)分別連接一個(gè)升壓輸出電路(9)，多路模擬開(kāi)關(guān)(8-1)、(8-2)、(8-3)和(8-4)的受控端口(K1)、(K2)、(K3)和(K4)分別連接單片機(jī)(1)的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于驅(qū)動(dòng)雙極性壓電陶瓷的電源裝置——具有波形產(chǎn)生功能的雙極性壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。它由單片機(jī)(1)、可變電壓輸出電路(2)、波形產(chǎn)生電路(4)、可變電流輸出電路(5)、波形處理和信號(hào)緩沖電路(6)、計(jì)數(shù)器(7)、模擬開(kāi)關(guān)(8)和升壓輸出電路(9)組成，(1)的輸出端連接(2)的受控端、(4)的波形選擇端口(C)、(5)的受控端、(8)的受控端，(2)的兩個(gè)輸出端分別連接(4)的占空比調(diào)整端口(B)和(4)的頻率調(diào)整端口(A)，(4)的電流輸入端口(E)連接(5)的輸出端，(4)的波形輸出端口(D)連接(6)的輸入端，(6)的兩個(gè)輸出端分別連接(8)的兩個(gè)輸入端，(8)的輸出端連接(9)的輸入端，(6)的另一個(gè)輸出端連接(7)的輸入端，(7)的輸出端連接(1)的輸入端。本發(fā)明中的(4)可以產(chǎn)生多種波形，能實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)節(jié)占空比。
文檔編號(hào)H01L41/09GK1564450SQ20041001370
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日
發(fā)明者孫立寧, 李滿天, 秦磊 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)