专利名称：压电陶瓷执行器件驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及执行器件驱动器，尤其涉及压电陶瓷执行器件驱动器。
压电陶瓷执行器件在精密定位、微位器、自动控制、自适应光学等领域得到广泛应用。但一般单片压电陶瓷的变形量都很小，因此应用范围受到一定限制。为了得到大的变形量往往利用几片、甚至数十片压电瓷片按一定的方式而成一个复合压电陶瓷执行器件，以得到更好的性能。此类压电陶瓷执行器件在电学上可视为一个电阻无穷大的大容量负载，例如我们研制的大变形压电陶瓷变形器件，采用32片压电陶瓷片按一定方式叠加而成，电容量达3uf左右。容性负载和电阻性负载在电路设计上完全不同，当加在容性负载上的电压上升时对其充电，而在电压下降时要释放它所积累的电荷。过去的压电陶瓷执行器件的驱动电路，应用于此类压电陶瓷执行器件，由于大电容的影响往往只能工作在很低的频率范围，而且输出电压很不稳定。
本发明的目的是提供一种能提高频率响应的压电陶瓷执行器件驱动器。
下面结合附图作详细说明。
图1是压电陶瓷执行器件驱动器方框示图；图2是高压放大级电原理图。
如图1所示，输入的并行数字控制信号进入预校波形存贮器。该预校波形存贮器存贮着预先测定的压电陶瓷执行器件的工作补偿曲线，输入的数字控制信号被其转化为设定好的数字输入送入数模转换级，数模转换级将数字输入转换成模拟信号送入信号组合级，信号组合级调整模拟信号的幅度和偏置。最后，送入高压放大级，将此信号放大成压电陶瓷执行器件工作所需的高电压供其使用。
如图2所示，电阻R1、R2、R3、R4、R5，MOS管M1、运算放大器IC1构成高压放大级，其中运算放大器IC1，MOS管M1构成前向放大通道，电阻R2，R3组成电压负反馈。输入信号V0经高压放大级放大到压电陶瓷执行器件工作所需高电压。达林顿管M2和电阻R6组成一个电流放大级，用以提高整个电路的输出电流的能力。二极管D1构成独特的电流释放级。当电压V5上升时，二极管D1反向截止，对整个电路无影响。当电压V5下降时，二级管D1导通，达林顿管M2不工作。容性负载上的电荷经过二极管D1，MOS管M1这个通道泄放。
在图2中，电阻R1一端为输入控制信号端，另一端与运算放大器I C1第2脚、电阻R4的一端相连。电阻R3一端接地，另一端与运算放大器IC1第3脚、电阻R2一端相连。运算放大器IC1第6脚和MOS管M1的G极、电阻R4一端相连。MOS管M1的S极接地，D极与电阻R5、R2一端、达林顿管M2的B极、二极管D1的阴极相连。达林顿管M2的E极与二极管D1的阳极相连，作为输出端。电阻R6的一端与电阻R5的一端相连，并作为放大器的高电源输入端。其另一端与达林顿管M2的C极相接。
在图2中，V0，V1，V2，V3，V4，V5，代表相应各点的电压。运算放大器IC1工作在正常放大状态，故其第2脚和第3脚可认为是“虚短”，可得V1＝V2(1)同时，运算放大器IC1的第2脚和第3脚可认为是“虚短”，故在其第3脚处可得(V4－V1)/R2＋(-V1)/3＝0即 V1＝V4/(R2＋R3)·R3 (2)在运算放大器IC1的第3脚处可得(V0－V2)/R1＋(V3－V2)/R4＝0即 V3＝V2＋(V2－V0)·R4/R1(3)整个驱动器正常工作时，MOS管M1近视工作在线性放大区，所以Vcc－((V3－Vth)·Gm·R5)＝V4(4)VthMOS管M1的开启电压。GmMOS管M1的跨导。
由于达林顿管M2和二极管D1工作时导通电压很小，故V4＝V5 (5)综合式(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]]>整个高压放大级的放大倍数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)式可化简为k＝1＋R2/R3压电陶瓷器件是一种新型的电-机转换的主动器件，它兼有高灵敏度和大量程的特点，且具有体积小，重量轻；结构一体化，不存在相对滑动和滚动的运动付，可靠性好；效率高，可控性好等优点；压电陶瓷执行器件驱动器为压电陶瓷执行器件提供了一个性能良好的放大器，输出电压达0～500V，截止频率达800Hz。采用此驱动电路的预校波贮藏器，可大大改善压电陶瓷执行器件的线性度指标，因此它具有广阔的应用前景，可在光扫描精密定位、微位移器、光路调制控制、自动控制等领域得以应用(1)光扫描器同传统的压电变形器件相比，它的扫描范围大、灵敏度高。作为常规扫描器，压电陶瓷光扫描具有体积小，功耗低可控性好，精度高等优点，无相对滑动的部件，不存在磨擦、磨损、空隙等问题，并可利用改变工作波形的方法实现任意波形的扫描。利用此驱动器可达到8°的扫描角，实现20Hz的锯齿波(占空比为8∶2)扫描，线性度优于1％。目前，已在我国资源卫星像补偿扫描器上采用，进行试验。
(2)精密度定位压电陶瓷执行器件可以实现较大的位移，用其相关原理可以制成压电导轨，其位移可由驱动电压决定，电压和位移的关系是相应的，具有较好的可控性，较易实现计算机的编程控制，这在微位移，高精度定位等方面将得以应用。
(3)自适应适应光学压电陶瓷器件可实现可控的位移和角偏摆，因此用它可构成可控光阵列，由计算机控制，实现系统光参量的自适应变化。
(4)控制利用压电陶瓷执行器件的可控性，可以用它制成控制执行器，用于自动控制系统中。
压电陶瓷执行器因其性能上的优点，具有强大的生命力和良好的发展前景。随着压电陶瓷器件的开发和推广工作的深入进行，与其配套的驱动器的应用也将日益扩大。
本发明的优点是(1)驱动电路输出端设置一个电流释放级，以提高其频率响应。
(2)在放大电路中加入电压负反馈，来稳定整个电路的放大倍数。
(3)本驱动电路加上了一个波形预校环节，改善固态压电陶瓷执行器件的性能。
(4)设计了一个并行输入口，能方便的和计算机接口。
权利要求
1.一种压电陶瓷执行器件驱动器，它将输入的并行数字控制信号送入预校波形存贮器，数字控制信号被其转化为设定好的数字输入送入数模转换级，数模转换级将数字输入转换成模拟信号送入信号组合级，最后送入高压放大级，其特征在于所说的高压放大级的电路为电阻R1、R2、R3、R4、R5，MOS管M1、运算放大器IC1构成高压放大级，其中运算放大器IC1，MOS管M1构成前向放大通道，电阻R2，R3组成电压负反馈，输入信号V0经高压放大级放大到压电陶瓷执行器件工作所需高电压，达林顿管M2和电阻R6组成一个电流放大级，用以提高整个电路的输出电流的能力，二极管D1构成电流释放级，当电压V5上升时，二极管D1反向截止，当电压V5下降时，二级管D1导通，达林顿管M2不工作，容性负载上的电荷经过二极管D1，MOS管M1这个通道泄放。
2.根据权利要求1所述的一种压电陶瓷执行器件驱动器，其特征在于所说的高压放大级的电路为电阻R1一端为输入控制信号端，另一端与运算放大器IC1第2脚、电阻R4的一端相连，电阻R3一端接地，另一端与运算放大器IC1第3脚、电阻R2一端相连，运算放大器IC1第6脚和MOS管M1的G极、电阻R4一端相连，MOS管M1的S极接地，D极与电阻R5、R2一端、达林顿管M2的B极、二极管D1的阴极相连，达林顿管M2的E极与二极管D1的阳极相连，作为输出端，电阻R6的一端与电阻R5的一端相连，并作为放大器的高电源输入端，其另一端与达林顿管M2的C极相接。
全文摘要
本发明公开了一种压电陶瓷执行器件驱动器，它将输入的并行数字控制信号送入预校波形存贮器，数字控制信号被其转化为设定好的数字输入送入数模转换级，数模转换级将数字输入转换成模拟信号送入信号组合级，信号组合级调整模拟信号的幅度和偏置，最后送入高压放大级。采用本发明能提高频率响应，稳定整个电路放大倍数，能方便和计算机接口。
文档编号H03F3/00GK1126390SQ9510936
公开日1996年7月10日 申请日期1995年9月1日 优先权日1995年9月1日
发明者朱成武, 刘承, 杨国光, 舒晓武 申请人:浙江大学