專利名稱：壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及執(zhí)行器件驅(qū)動器，尤其涉及壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)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(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復(fù)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(xué)上可視為一個電阻無窮大的大容量負(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(qū)動電路，應(yīng)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)動器。
下面結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。


圖1是壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)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(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，數(shù)模轉(zhuǎn)換級將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換成模擬信號送入信號組合級，信號組合級調(diào)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(yùn)算放大器IC1構(gòu)成高壓放大級，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(dá)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(gòu)成獨(dú)特的電流釋放級。當(dāng)電壓V5上升時，二極管D1反向截止，對整個電路無影響。當(dāng)電壓V5下降時，二級管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(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，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)整個驅(qū)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(dǎo)。
由于達(dá)林頓管M2和二極管D1工作時導(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(jī)轉(zhuǎn)換的主動器件，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，不存在相對滑動和滾動的運(yùn)動付，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(dá)0～500V，截止頻率達(dá)800Hz。采用此驅(qū)動電路的預(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(shí)現(xiàn)任意波形的掃描。利用此驅(qū)動器可達(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發(fā)和推廣工作的深入進(jìn)行，與其配套的驅(qū)動器的應(yīng)用也將日益擴(kuò)大。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)驅(qū)動電路輸出端設(shè)置一個電流釋放級，以提高其頻率響應(yīng)。
(2)在放大電路中加入電壓負(fù)反饋，來穩(wěn)定整個電路的放大倍數(shù)。
(3)本驅(qū)動電路加上了一個波形預(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)動器，它將輸入的并行數(shù)字控制信號送入預(yù)校波形存貯器，數(shù)字控制信號被其轉(zhuǎn)化為設(shè)定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉(zhuǎn)換級，數(shù)模轉(zhuǎn)換級將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)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(yùn)算放大器IC1構(gòu)成高壓放大級，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(dá)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(gòu)成電流釋放級，當(dāng)電壓V5上升時，二極管D1反向截止，當(dāng)電壓V5下降時，二級管D1導(dǎo)通，達(dá)林頓管M2不工作，容性負(fù)載上的電荷經(jīng)過二極管D1，MOS管M1這個通道泄放。
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(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)明公開了一種壓電陶瓷執(zhí)行器件驅(qū)動器，它將輸入的并行數(shù)字控制信號送入預(yù)校波形存貯器，數(shù)字控制信號被其轉(zhuǎn)化為設(shè)定好的數(shù)字輸入送入數(shù)模轉(zhuǎn)換級，數(shù)模轉(zhuǎn)換級將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換成模擬信號送入信號組合級，信號組合級調(diào)整模擬信號的幅度和偏置，最后送入高壓放大級。采用本發(fā)明能提高頻率響應(yīng)，穩(wěn)定整個電路放大倍數(shù)，能方便和計(jì)算機(jī)接口。
文檔編號H03F3/00GK1126390SQ9510936
公開日1996年7月10日 申請日期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, 楊國光, 舒曉武 申請人:浙江大學(xué)