壓電陶瓷微位移器驅(qū)動電源的研究

1、南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計說明書(論文)作 者:于淑楠學 號：1004520213學院(系):電子工程與光電技術(shù)學院專 業(yè):光電信息工程題 目:壓電陶瓷微位移器驅(qū)動電源的研究講師烏蘭圖雅指導者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務)2014 年 5 月畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 壓電陶瓷微位移驅(qū)動器（PZT）是一種高精度的微位移器件，它可以能實現(xiàn)微米級的位移量。在光學干涉方面，給PZT施加一定的電壓，PZT即可以產(chǎn)生微米級的位移量。PZT的性能好壞，其驅(qū)動電源是關(guān)鍵，目前的PZT驅(qū)動電源比較注重電源的靜態(tài)特性，但有許多缺點，如：動態(tài)特性不理想，交流負載能力

2、很差，帶負載時的頻響太低，成本高、體積大等。在深入了解PZT性能的基礎(chǔ)上，本課題主要是設計PZT驅(qū)動電源，要求該電源不僅在靜態(tài)特性上優(yōu)于現(xiàn)有的電源，并且頻響高、體積小、成本低等優(yōu)點。該課題對移相干涉儀的移相穩(wěn)定度、精確度有重要的意義。關(guān)鍵詞 自適應移相干涉儀 PZT 驅(qū)動電源 畢業(yè)設計說明書（論文）外文摘要Title Study of piezoelectric ceramic micro displacement device driver AbstractThe piezoelectric ceramic micro displacement actuator

3、 (PZT) is a high precision micro displacement device, can realize the displacement micrometer. In optical interferometry, mainly using the inverse piezoelectric effect, certain voltage is applied to the PZT, displacement PZT which

4、 produce micrometer. PZT by a special driving power to drive, the static characteristics of the mature PZT driving power supply more power, but this kind of power supply has dynamic characteristic is not ideal, the AC load ca

5、pability is very poor, with frequency when the load is too low, high cost, large size defect. Based on deeply understanding the performance of PZT, this project is to design a PZT driving power supply, the power supply not only in the stati

6、c characteristics are superior to the existing power supply, and high frequency response, small volume, low cost advantages. The paper has important significance for phase-shifting interferometer phase stability, accuracy.Keyword Adaptive p

7、hase-shifting interferometer PZT Driving power本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 I 頁 共 I 頁1 緒論1.1 課題研究背景在實驗和生活中，光學干涉測量方法是一種常見的計量測試方法。不同于一般的測量方式，由于該方法是以光的波長為單位，因此，賦予了其較高的靈敏度和更為準確的精度。在光學測量中，我們通常使用到干涉儀作為測量儀器。在電子計算機技術(shù)高速發(fā)展與成熟的現(xiàn)在，伴隨著集成化光電探測器件和激光技術(shù)的廣泛運用，憑借其對被測物測量的高速和不接觸的特性，干涉測量法也與時俱進，蓬勃發(fā)展。目前，較為成熟和廣泛運用到的是移相干涉測量技術(shù)，其分辨率甚至處于納米量級

8、，這為我們在測量光學元件表面相關(guān)參數(shù)，如微觀粗糙度、宏觀面形檢測中提供極大的輔助。而在對光學系統(tǒng)的成像結(jié)果的像質(zhì)檢測中，亦有較廣的適用性。 在這樣一個現(xiàn)代化技術(shù)高速發(fā)展的時代光干涉技術(shù)高精度和高靈敏度的特點決定了其必然得到了廣泛應用，但是振動等多方面的因素都餓哦能夠以對其造成影響，主要原因在于氣流和振動會對條紋抖動和漂移產(chǎn)生干涉效果。這樣一來，不單單會使得高精度移向干涉無法進行，并且連簡單的干涉計量也無法完成。為了不受振動的影響，實現(xiàn)干涉儀的在線干涉檢測，我們要研究一種小型抗振裝置，使其可以自動探測振動所引起的干涉條紋的移動量，它可以被實施，以補償由于振動的變化，現(xiàn)有技術(shù)的相移干涉儀已被組合以

9、形成干涉儀光程差的移位自適應振動相位，1。 壓電陶瓷廣泛用于微位移驅(qū)動領(lǐng)域，因其具有一種特性-電致伸縮（在一定電壓下可產(chǎn)生一亞微米級的微小位移量）。在相移干涉，微米驅(qū)動設備的位移應該調(diào)整壓電陶瓷最堆棧的形式的能力，這樣便可以達到更大的調(diào)節(jié)范圍。壓電陶瓷的主要原理是：驅(qū)動執(zhí)行單元位移的產(chǎn)生需要利用壓電陶瓷因逆壓電效應而發(fā)生的形變，10 ，它是干涉儀移相器的核心。根據(jù)所施加的電場具有擴張和不發(fā)生的壓電陶瓷的收縮變形的壓電或電致伸縮效應產(chǎn)生相反的效果。施加電壓時，壓電陶瓷相當于一個平行板電容器，因此，驅(qū)動壓電陶瓷電容負載的功率，功率輸出通常是達幾微米的法。壓電陶瓷的位移測量技術(shù)在納米級精度的新時代。

10、然而，任何使用微移位器控制，極大的推動力及其對壓電陶瓷微位移效應的力量是沒有驅(qū)動，我們可以說完全依賴于微位移驅(qū)動電源的動態(tài)性能。因此，壓電陶瓷技術(shù)已經(jīng)成為壓電陶瓷的關(guān)鍵技術(shù)應用的驅(qū)動力。24-813。1004520213 于淑楠 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 1.2 本論文的主要工作查閱壓電陶瓷微位移器及驅(qū)動電源方面的相關(guān)文獻資料。由于壓電陶瓷材料整體的理論分析的功能，以及結(jié)構(gòu)和壓電陶瓷堆的性能等多種參數(shù)。設計PZT驅(qū)動電源的硬件電路，使系統(tǒng)樣機滿足：控制電壓為05V，輸出電壓為0200V；精度要求10mV。對PZT驅(qū)動電源進行線性測試、紋波測試、頻響測試和重復性測試，并且對結(jié)果進行分析。2 研

11、究進展2.1 自適應抗振干涉技術(shù)的發(fā)展16242.1.1 自適應抗振干涉技術(shù)的種類 干預和振動的環(huán)境中，如何解決這個問題，這一直困擾著這個國家的顯著影響干涉測量。不僅為使用干涉儀有一個非常惡劣的環(huán)境，甚至構(gòu)建高精度光學減震底座或平臺一個很大的緩沖，以減少振動由于干涉效應。另一種方法來解決這個問題，是改善環(huán)境振動自身的抗振能力強。提高其振動以兩種不同方式的能力：一個是在震動和空氣流和對所采取的措施等影響的存在：干涉儀，從而使振動測量干涉儀，以減少盡可能。在開環(huán)模式中，氣流它的特點是被動振動干預系統(tǒng)和減少環(huán)境對通過多種技術(shù)產(chǎn)生的振動的干涉測量的影響。另一種方法是將具有干擾檢測系統(tǒng)，該空氣流可以被補

12、償和環(huán)境因素引起，例如在空氣流的干涉儀光路的變化和振動抵消的相關(guān)影響的振動的能力。其特點是由一閉環(huán)的方式進行工作，該系統(tǒng)影響環(huán)境的適應能力的空氣流動和振動的結(jié)果。在該干涉儀的振動的方法是最有效的技術(shù)用于自適應振動。從1990年到現(xiàn)在，日本，美國，中國和其他國家，研究人員報告說，他們已經(jīng)開發(fā)出自適應振動的方法。這種方法可以是一個真正可持續(xù)的干涉條紋，有廣泛的關(guān)注和重視，它在光學干涉領(lǐng)域的新課題，也稱為國際上的研究。現(xiàn)在的自適應脈沖技術(shù)的類型顯示在下面的途徑。機電反饋式補償控制法：振動檢測器包括一個光電二極管的是甄氏梳結(jié)構(gòu)中，干涉條紋的空間周期，并調(diào)整梳到相同的空間的檢測器可以檢測由振動引起（變化

13、引起的光路振動）的光強干涉條紋的變化。然后開始微控制器或DSP信號處理，控制功率輸出驅(qū)動壓電陶瓷，壓電陶瓷驅(qū)動的參考鏡，改變實際支付到可持續(xù)的水平之間的光程差。該方法的優(yōu)勢在于其簡單性，它可以被直接應用在泰曼斐索型的干涉儀中。是一種對機械進行原狀恢復的，補償僅適用于低頻振蕩（ 100Hz的或更少）。半導體激光器光反饋法：它有一個可調(diào)節(jié)的固定頻率，單模輸出，低功耗，低成本，結(jié)構(gòu)緊湊，很好的源程序干涉。在LD溫度調(diào)制，調(diào)制電流，光調(diào)制和磁場調(diào)制方式的壓力調(diào)制器，半導體的帶隙，改變調(diào)制的激光束的輸出頻率的頻率調(diào)制的基本原理。由于調(diào)制是相對容易的，監(jiān)控通過將LD注入到電流進行特性的調(diào)制。主要決定因素是

14、電流調(diào)制頻率中所產(chǎn)生的電平，LD的光頻率特征大體分為以下兩種：頻率輸出位10兆赫茲的時候，溫度引起的光頻率偏移的主要因素，通過光帶調(diào)制電流輸出頻率胡產(chǎn)生一個線性的變化。當其頻率高于10兆赫茲的時候，引起輸出的光頻偏移的主要原因是載流子效應的作用，目前已經(jīng)不再存在線性關(guān)系。自適應光學干涉儀的反饋是應用了LD光頻率發(fā)出的信號進行的，由調(diào)制器所生成的注入電流對相位的大小進行控制，并達到最終減小至0的目的，不增加其它元件的光路，可直接調(diào)制的輸出頻率，和快速的頻率響應。其缺點是，在半導體激光器的輸出波長可受溫度影響。晶體調(diào)制器（偏振光干涉）：橫向電連接調(diào)制器中，折射率的變化是正比于電場強度E和通信晶體。

15、在折射率的變化將導致在光的相移。高電壓電場的布喇格聲光晶體與入射激光衍射效應的作用可以改變所造成的光的波長的相位變化的頻率。電，光，聲光晶體調(diào)制算法復雜得多，其中雙循環(huán)發(fā)動機的振動頻率相移會影響測試系統(tǒng)的上限。我們還需要增加驅(qū)動動力源和調(diào)制器的晶體，是在光路的偏振態(tài)之間的電連接。2.1.2 國內(nèi)外研究情況空間探測器法16這種移相干涉儀是主動抗振式的，其中探測器是專門設計的，可以實時探測由環(huán)境振動和氣流等因素引起的干涉條紋的偏移，這個偏移是壓電型的壓電陶瓷的分辨率，實時振動補償?shù)呐蛎浐褪湛s的反饋電路來計算。光電二極管檢測器陣列布置在梳他的圖像檢測器的輸出電壓正比于干涉條紋的偏移量。這種方法基本上

16、是相同的條紋間隔，每個光電二極管檢測器的空間要求，否則會影響干涉儀的振動的精度。光波頻率調(diào)制法20、21這種方法是基于使用聲光調(diào)制器（AOM）來實現(xiàn)光波頻率，振動的影響有源補償?shù)母哳l調(diào)制的，但也實現(xiàn)干涉相移補償由聲光調(diào)制器的原理。氣流和振動由于干涉儀的自適應補償之間的光程差的光程的變化實現(xiàn)，該方法用于檢測表面誤差望遠鏡主鏡。因為衍射光的變化的測試相關(guān)聯(lián)的AOM無線電頻率變化的強度有關(guān)此必須校正，所以它是一個復雜的系統(tǒng)。調(diào)節(jié)光的強度的這種方法減小之間的兩個連續(xù)減小的光程差，所以這種方法只適用于長的光程差。因為高頻的頻率和調(diào)制的光，測量中出現(xiàn)的下降，較低的信號給CCD的噪聲比光路中的干涉條紋的對比

17、度。機械式位相調(diào)制法22此方法是基于光相位鎖定和高頻干擾的相位調(diào)制方法的技術(shù)。具有高頻率的相位調(diào)制的，并且光檢測器對頻率點的輸出信號的PZT光束干涉，過濾，添加，移動，平等對待，信號處理電路是由一個閥，放大器，放大器模塊的輸入端獲得的，輸出的反饋信號來控制壓電的膨脹和收縮實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)，使得在任何位置的干涉條紋，能夠?qū)崿F(xiàn)移干涉。然而，這種方法使用相位調(diào)制的PZT的技術(shù)是機械的，調(diào)制頻率不高;還小的調(diào)制深度，光電檢測器噪聲的信號為低，沖擊的準確性;導管和用于相位調(diào)制的高頻條紋對比度下降會降低CCD信號的噪聲。高頻光強調(diào)制與鎖相技術(shù)相結(jié)合的方法23、242.1.3 這個自適應系統(tǒng)是基于一個相移干涉測

18、量技術(shù)和高頻鎖相光強度和相移干涉測量，是一個閉環(huán)系統(tǒng)，的限制，自由的，那么就可以在引起環(huán)境的變化實時地驅(qū)動振動檢測出的尺寸之間的光程差。并應在同一個舞臺干涉進行補償，調(diào)節(jié)干涉條紋的對比度得到更好的視覺效果和信噪比。2.1.4 本課題采用的研究手段在一個全面的分析之后，考慮到低頻振蕩的影響小于100Hz的干涉，對的PZT相移成熟的技術(shù)和硬件技術(shù)，系統(tǒng)和自適應移相干涉儀振動頻率的振動效果的需求的復雜性決定了反機電振動反饋的方法。相位的基本原理之間的位移間隔的兩個連續(xù)光相移干涉儀進行光程差的干涉測量技術(shù)。在這樣的過程中，光檢測器是通過改變光的強度進行采樣的干涉，光強，然后提出了一系列的存儲量化后，到

19、該計算機上通過，計算機的波前在工件的表面特征的數(shù)學模型和表面波凹凸分析的相位分布：該干涉儀的相移，該相移器與壓電陶瓷（PZT）的結(jié)構(gòu)，使用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。光學測量，環(huán)境振動，氣流等，EDGE理論位置偏移量和偏移量是不確定的干擾測量結(jié)果，有相當大的測量誤差，而不是正常的測量。以補償由振動引起的誤差，采用高靈敏度光檢測器，用于檢測干涉條紋的光強度。上述干涉條紋的光強度的變化，由于電壓變化的光檢測器的輸出電壓之間的振動抵消被放大，濾波并經(jīng)過A / D轉(zhuǎn)換操作轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理器和校正量的D / A轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動電路，放大和控制驅(qū)動壓電微位移來改變壓電陶瓷的擴大和收縮的大小，從而使后部凸緣的理論位置。

20、系統(tǒng)框圖如2.1所示： 圖2.1 機電反饋式自適應干涉儀的系統(tǒng)框圖本文的主要任務是研究應用于此機電反饋式自適應干涉儀的PZT驅(qū)動電源，并且研究其特性和技術(shù)指標。2.2 壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究現(xiàn)狀及進展2.2.1 對壓電陶瓷驅(qū)動器的控制方法2、3、12PZT驅(qū)動電源主要分為電荷型和電壓型，從實現(xiàn)方式上主要有線性和開關(guān)式。PZT充電使用的壓電陶瓷的位移之間的線性關(guān)系形成功率控制工程是一個免費的，開環(huán)控制，線性度好，承載能力強，頻率，但也存在不少問題，如在低頻率穩(wěn)定性差，收費不漏，輸出飽和電壓，零位移難以控制等。電壓控制型壓電陶瓷驅(qū)動電源適用于靜態(tài)環(huán)境，在動態(tài)環(huán)境時輸出幅值會隨著頻率的升高而有明顯衰

21、減，限制了它在動態(tài)環(huán)境下的帶載能力。驅(qū)動電壓控制型電源有兩種基本形式：一種是基于一個DC-DC轉(zhuǎn)換器，開關(guān)電源，其高效率，低功耗，小尺寸，但高功率輸出的原理紋波頻率范圍較窄，其它直流輸入功率放大其特點是由一寬的頻率范圍。2.2.2 國內(nèi)外研究情況壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究一直被各國學者廣泛關(guān)注，目前，已有需多學者研制出應用于各個方面的驅(qū)動電源，如：基于PA85的新型壓電陶瓷驅(qū)動電源3：該電陶瓷微位移驅(qū)動器的原理是：壓電陶瓷在電場作用下發(fā)生形變，驅(qū)動元件發(fā)生微位移。它的優(yōu)點是體積小、響應快、分辨率高、推力大，廣泛應用于納米技術(shù)、精密測量、微細加工、等領(lǐng)域。其輸出電壓穩(wěn)定、分辨率高、動態(tài)性能好、靜態(tài)紋

22、波低、電路結(jié)構(gòu)簡單，同時具有過壓、過流、短路保護等功能，有很高的實用價值。低波紋度快速響應壓電陶瓷驅(qū)動電源4：采用擴展方法和直接調(diào)節(jié)電源，具有響應速度快，輸出精度高，小的波動，穩(wěn)定，驅(qū)動能力強，結(jié)構(gòu)簡單、實用、成本低廉等優(yōu)點?；贏RM的高分辨率壓電陶瓷驅(qū)動電源5：其原理是直流放大，具有電路噪聲低、分辨率高等特點，同時帶寬可達100 kHz。該驅(qū)動電源可以應用于納米級系統(tǒng)，因為性價比高、結(jié)構(gòu)簡單，所以有很高的實用價值?；鑀A78的壓電陶瓷驅(qū)動電源6：輸出電壓穩(wěn)定，0200V連續(xù)可調(diào)，線性度好、動態(tài)性好和可靠性高。新型高動態(tài)大功率橋式壓電陶瓷驅(qū)動電源12：該輸出為橋式輸出，電源輸出功率、轉(zhuǎn)換速

23、率增加一倍，輸出帶寬可達10 kHz。控制部分采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，實現(xiàn)三角、正弦、鋸齒和方波的輸出?；贔PGA的壓電陶瓷驅(qū)動電源13：輸出的電阻小、負載能力大、電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠并且響應速度快。等等。3 相關(guān)部件的研究與選擇3.1 壓電陶瓷移相器的特性3.1.1 移相器的特點、應用 24壓電陶瓷微位移驅(qū)動器（PZT）是高精度微位移器件，由壓電陶瓷堆疊而成，位移量的實現(xiàn)可達到微米級別。它使用的壓電陶瓷材料的逆壓電效應，從而增加了電場方向，產(chǎn)生了位移，能夠產(chǎn)生微機電位移傳感器。因為它的高靈敏度微位移，高精度，容易自動控制，響應快等由于光學、計量、微電子技術(shù)被廣泛應用于等領(lǐng)域的高精度定位。在

24、干涉光逆壓電效應，因為相移控制器，所述光學元件被連接到該系統(tǒng)可以生成相應的空間位移。3.1.2 壓電陶瓷材料的分類與選擇25、26壓電陶瓷材料大體可以分為以下兩種：硬壓電陶瓷材和軟壓電陶瓷兩種壓電陶瓷兩種。而硬壓電陶瓷的居里溫度非常高，不容易去極化和極化，同時擁有很好的線性度以及低滯性。相反，軟壓電陶瓷的居里溫度卻是很低的，強電場的極化和去極化，可以進行在室溫下，大的壓電常數(shù)，可產(chǎn)生較大的位移，但線性差，遲滯性，介電常數(shù)和損耗因子，由于其高限頻率。鑒于此在實驗中往往選擇硬壓電陶瓷材料（鋯鈦酸鉛材料），由30片20mm壓電振子黏結(jié)而成的。3.2 壓電陶瓷堆結(jié)構(gòu)在諸多的應用之中，如果單壓片陶瓷無法

25、滿足作業(yè)要求，并要求控制較大的位移，就必須要考慮與多壓片陶瓷聯(lián)級使用，以提高產(chǎn)品的位移量，這樣的的壓電陶瓷片的多樣性：壓電應變系數(shù)的壓電材料通常是非常小的，大約（300700）×10-12M / V，即使1000V的附加電壓，該電壓只有0.30.7微米。實際應用中，這需要兩個移位器輸出的位移，以及在載荷下，特別是在低頻率范圍內(nèi)，輸出位移是一項非常重要的參數(shù)。因為這樣單壓片元器件的厚度會在改進之后失真減少，但由于該方法的限制，減少位移厚度的量，以滿足上部壓電電壓工作的要求。為了增加位移輸出，我們選擇的材料的壓電系數(shù)，使用層疊型壓電陶瓷的電連接并聯(lián)、串聯(lián)這兩種機械設計概念，讓壓電陶瓷堆在

26、各個壓電陶瓷片出現(xiàn)的位移中可以做到疊加的方式輸出。結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。圖3.1 壓電陶瓷堆結(jié)構(gòu)壓電陶瓷堆是由多層相同的壓電陶瓷片所構(gòu)成的，每兩片之間都裝有用來給各壓電陶瓷片施加驅(qū)動電壓的導電片。這樣的設計就可以形成壓電陶瓷堆的層疊結(jié)構(gòu)，在力學上串聯(lián)電路上并聯(lián)的各個壓電陶瓷片上的驅(qū)動電壓都相同。4 PZT驅(qū)動電源設計思想4.1 設計思想為了制作滿足自適應干涉儀的實驗要求（最高頻率200HZ）的壓電陶瓷微位移驅(qū)動電源，有如下設計思路：1、選擇變壓器：在實驗中，當PZT的信號頻率為1KHz的時候，阻抗為。如果PZT的工作電壓為200V，信號頻率為1KHz，則功率為，所以我們選擇功率為50W的變壓器。2

27、、選擇電源輸出：考慮到PZT的容性，為了解決容性器件充放電對輸出電壓的影響，我們選擇功率推挽輸出作為電源的輸出。3、由于PZT為電容性的，所以在實驗中，PZT正常使用時，驅(qū)動電壓的變化范圍為0V+200V，當工作頻率變高時，負載電流也隨之變大。所以應用具有較大功率余量的高壓直流穩(wěn)壓電源作為功率驅(qū)動電路的供電電源。如果選擇一種類型的0V左右，飽和失真行駛時驅(qū)動電源電路中，輸出電壓。如果選擇對稱電源型驅(qū)動電路，輸出電壓變化為0V+200 V，而不能取負高壓電源的優(yōu)勢，這是一種資源的浪費。因此，設計是不對稱的驅(qū)動功率。直流供電模塊和高壓放大模塊是電路的兩大主要組成部分。后面將詳細闡述兩部分模塊的電路

28、結(jié)構(gòu)和工作原理。5 各部分原理及結(jié)構(gòu)5.1 直流供電模塊直流供電模塊如圖5.1所示，其直流高壓電源可高達225伏，并搭配了-12伏的直流電源。1.對于225伏的高壓直流電源，其輸出隔離變壓為220V交流電源通過檢測器，過濾器，然后經(jīng)過一系列的法規(guī)，就可以得到225伏直流高壓電源。也可以由50W的開關(guān)電源提供。2、-12V的直流電源：-12V的直流電源則是由低壓變壓器和三端穩(wěn)壓電路7912得到。3、型濾波器是由兩個電容器和一個電感器組成，它的輸入和輸出都呈低阻抗。為了盡可能多地降低波紋系數(shù)，兩個電源在輸出時都必須經(jīng)過型濾波器進行濾波工作，型濾波器由C-L-C構(gòu)成。圖5.1 PZT驅(qū)動電源的穩(wěn)壓電

29、路5.2 高壓功放大模塊高壓功放電路如圖5.2所示。采用單電源供電的驅(qū)動電路在電源輸出電壓近似等于0伏的時候，就會出現(xiàn)飽和失真的現(xiàn)象。采用對稱電源供電的驅(qū)動電路，則負高壓電源無法被充分利用，會浪費資源。所以設計一個非對稱式驅(qū)動電源，非對稱供電是由-12伏直流電源和+225伏高壓直流電源共同完成。1、 Q101和Q102共同組成差放電路，為了其對稱性得到保證就要求兩只管子在參數(shù)要求上必須保持一致。必須在50上下波動，Vceo則要求高于300伏。2、輸入端接地的靜態(tài)電路中，通過調(diào)節(jié)RP1電位計使電壓輸出值為0 。3、恒流源電流必須控制在2.5MA，其組成部分包括Q105和R109等。4、電壓平移由

30、D101、D102、 D105三者共同實現(xiàn)。5、電壓放大功能由Q104來完成。6、輸出功率允許的變化范圍為Q106109，而最大不失真電壓的輸出范圍則必須是-7伏+220伏。7、R107和R104是負電壓反饋網(wǎng)絡電阻的深度和適當選擇，使得AV =（R104+ R107）/ R104= 40，那么，當輸入信號是在05 V，輸出將取值范圍為0200 V。兩個電阻的電氣特性將決定驅(qū)動器的電源感興趣的穩(wěn)定性，因此選擇的1的精度，溫度漂移小于50PPM精密電阻。8、高頻去耦電容為C102和C103兩種，參數(shù)設置為100pF/500V是為了防止功率放大器在相對較高的頻率環(huán)境中發(fā)生自激。圖5.2 PZT驅(qū)動

31、電源的功率放大電路6 實驗數(shù)據(jù)及分析6.1 線性測試控制電壓的范圍為0伏到5伏，輸出電壓的范圍為0伏到200伏，具有40倍的放大倍數(shù)。線性度的誤差率低于0.2%，實際的電源測試結(jié)果如圖6.1所示。圖6.1 驅(qū)動電源電壓傳輸特性曲線6.2 紋波測試在電源的輸入端加直流電壓，控制在05V之間，則輸出電壓也為直流，使用示波器交流檔，檢測電源輸出端的紋波。紋波輸出顯示如圖6.2所示。輸出波紋結(jié)果顯示中可得知紋波電壓。圖6.2 驅(qū)動電源紋波電壓曲線6.3 頻響測試本次設計選用的驅(qū)動電源，輸出200伏左右電壓為時，頻率響應可達1.5KHz。輸出100伏左右電壓時，頻率響應最高可以達到6.5 KHz 。當電

32、壓輸出幅度在50伏上限波動時，頻率響應可達到10 KHz 以上。測試結(jié)果如圖6.3（a）、（b）所示。(a) 頻率為1KHz、輸出電壓幅度200V時的情況(b) 不同輸出幅度時的頻率響應圖3.16 驅(qū)動電源帶負載條件下的頻響特性曲線1.16.4 重復性測試頻率為1kHz，輸出電壓為200V，有負載。測試結(jié)果如圖6.4所示。圖6.4 驅(qū)動電源重性測試（1KHz頻率）6.5 測試數(shù)據(jù)輸入輸出紋波電壓（ mV）溫漂（ mV）電壓（V）電壓（V）電流（mA）Vp-pVp-p00.011225±25±10139.98225279.842253119.862254159.6822551

33、99.68225注：溫漂：由溫度變化所引起的半導體器件參數(shù)的變化7 結(jié)論7.1 本文所做的工作查閱了許多有關(guān)壓電陶瓷位移和驅(qū)動電源方面的介紹文獻資料。以壓電陶瓷材料作為基礎(chǔ)，從理論上對單片壓電陶瓷進行特性分析和其結(jié)構(gòu)等多項參數(shù)。設計PZT驅(qū)動電源的硬件電路，使系統(tǒng)樣機滿足：控制電壓為05V，輸出電壓為0200V；精度要求10mV。對PZT進行阻抗測試，并且根據(jù)PZT的性質(zhì)制作PZT驅(qū)動電源。7.2 本文小結(jié)本文所設計的壓電陶瓷驅(qū)動電源，在經(jīng)過線性測試、紋波測試、頻率響應測試、重復性測試一系列性能測試后，可以看出，其線性度相比一般電源，具有很大的優(yōu)越性，同時在頻響、重復性等方面都體現(xiàn)出來它的優(yōu)勢

34、，最值得一提的是它的頻響能夠完全滿足抗振干涉儀的相關(guān)要求由于本文設計的電源的負載為壓電陶瓷，壓電陶瓷的阻抗與頻率成反比，會隨著頻率的增加而急劇下降，所以需要使用大功率電源。本文選用50W的變壓器，在帶有負載或200V滿幅度輸出的時候，使用頻率不能超過1500HZ。本次設計也存在一定得缺陷，主要是輸出電路部分沒有加設進行短路保護的電路，因此在使用設計過程中應該要引起注意，特別在輸出高電壓的情況下更要注意安全。致謝此時此刻，我的心情十分激動。從資料的收集、電路的設計到最后論文的撰寫編排，這整個過程中，我得到了許多的幫助。首先要感謝國家這四年來對我的培養(yǎng)，還要感謝我的導師烏蘭圖雅老師，烏蘭圖雅老師平

35、易近人，治學嚴謹，對學生的要求十分嚴格，認真負責，老師在百忙之中抽出時間耐心的為每位學生指導工作。在論文從開題到完成過程中不厭其煩地對我進行指導，逐步拓展我的思維，糾正我的錯誤，在設計過程中給予了我很多好的建議，作我的設計方向向?qū)?，在老師幫助下最后完成了壓電陶瓷微位移?qū)動電源的制作。同時，烏蘭圖雅老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學習和工作的榜樣。在此，謹向?qū)煘跆m圖雅老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。同時，我還要感謝我的父母以及所有關(guān)心和支持我的朋友們，是他們?yōu)槲业膶W習和生活創(chuàng)造了良好的條件，是他們的幫助讓我可以安心學習，克服學生和生活中的種種困難，勇往直前。由于本人水平有

36、限，論文如有疏漏之處還望各位老師多多指正。最后感謝所有審閱本文的專家和讀者！參考文獻1 烏蘭圖雅. 移相器在自適應抗振干涉儀中的應用J.2003年.2 楊雪鋒,李威,王禹橋. 壓電陶瓷驅(qū)動電源的研究現(xiàn)狀及進展J.儀表技術(shù)與傳感器,2008,(11):109-112. 3 李福良. 基于PA85的新型壓電陶瓷驅(qū)動電源J.壓電與聲光,2005,27(4):392-394.4 周亮,姚英學,張宏志. 低波紋度快速響應壓電陶瓷驅(qū)動電源的研制J.壓電與聲光,2000,22(4):237-239.5 葛川,李朋志,章明朝,閆豐. 基于ARM的高分辨率壓電陶瓷驅(qū)動電源J.現(xiàn)代電子技術(shù),2013,36(14)

37、:166-170.6 張振鵬,張劍,趙洪,于效宇. 基于PA78的快速響應壓電陶瓷驅(qū)動電源的研制J.壓電與聲光,2007,29(4):420-422.7 王廣林. 一種低耐壓器件實現(xiàn)的壓電陶瓷驅(qū)動電源J.壓電與聲光,1998,20(1):38-40.8 馮曉光,趙萬生,粟巖,等. 減小壓電陶瓷驅(qū)動電源紋波的一種有效方法J.哈爾濱工業(yè)大學學報,1997,29(5):108-111.9 羅紅娥,田小建,高博,等. 壓電陶瓷驅(qū)動電源對不規(guī)則信號動態(tài)響應研究J.壓電與聲光,2007,29(2):185-189.10 山東大學壓電鐵電物理教研室. 壓電陶瓷及其應用(第三版).濟南:山東人民出版社,1974年.11 陳立國,榮偉彬,汝長海,等. 基于電流控制的壓電陶瓷驅(qū)動電源及其試驗研究J.機械工程學報,2006,42(3):179-183.12 陳翔宇,褚祥誠,李龍土