高頻響低紋波壓電陶瓷驅(qū)動電源研究.pdf

1、微定位技術(shù)是納米工作臺中的關(guān)鍵技術(shù)。壓電陶瓷以逆壓電效應(yīng)來產(chǎn)生微位移，它具有體積小、位移分辨力高、頻響高、不發(fā)熱的特點，是理想的微位移器件。超精密微定位校準實驗平臺以壓電陶瓷為核心來實現(xiàn)微定位，它不僅應(yīng)具備高的定位精度，同時應(yīng)有高的頻率響應(yīng)速度，以滿足高速的和精確的定位。壓電陶瓷的定位精度與頻率響應(yīng)特性與對其供電的驅(qū)動電源有直接關(guān)系，因此，研制一款高頻響低紋波的壓電陶瓷驅(qū)動電源，是整個微定位平臺的關(guān)鍵。
　　本文在對國內(nèi)外的壓電陶

2、瓷驅(qū)動電源原理方法的優(yōu)缺點進行了分類對比之后，分別選用誤差放大式和高壓運放式原理，設(shè)計實現(xiàn)了高頻響低紋波的壓電陶瓷驅(qū)動電源，同時完成了實驗平臺中信號產(chǎn)生部分和數(shù)據(jù)采集部分程序的編寫。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.基于誤差放大的高頻響壓電陶瓷驅(qū)動電源
　　為使壓電陶瓷的輸出位移具有高頻響應(yīng)特性，要求驅(qū)動電源具有大電流、高電壓輸出特性，為此設(shè)計并實現(xiàn)了由分立元件構(gòu)成的誤差放大式壓電陶瓷驅(qū)動電源，并在功率放大環(huán)節(jié)采用了四路并聯(lián)

3、輸出的電路結(jié)構(gòu)，增大驅(qū)動電流以實現(xiàn)對壓電陶瓷的快速驅(qū)動。經(jīng)測試，驅(qū)動電源在最大電壓幅值（120V）時的頻響可達1kHz，電源最高頻響為2.4kHz。
　　2.壓電陶瓷驅(qū)動電源靜態(tài)特性研究
　　驅(qū)動電源在額定負載(容性)時的頻響和紋波指標與實驗平臺是否具有高頻響和高精度特性直接相關(guān)。通過深入分析紋波產(chǎn)生的原因，指出影響紋波的主要因素是前向電路中誤差放大電路的輸入失調(diào)電壓，并通過理論計算獲得了輸入失調(diào)電壓的最優(yōu)值。實驗表明，驅(qū)動

4、電源在其輸出電壓范圍內(nèi)紋波可控制在5mV以下。此外，采用反饋零點補償方式，增加了電路在驅(qū)動容性負載時的穩(wěn)定性，仿真及實驗驗證了設(shè)計的正確性。
　　3.驅(qū)動電源控制電路
　　電路以FPGA為主控芯片，控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器完成信號的產(chǎn)生。使用Verilog語言編程，實現(xiàn)了正弦波、方波、三角波和直流信號的輸出。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了驅(qū)動控制系統(tǒng)，課題中使用Labwindows軟件，完成了對研華PCI-1716卡的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計。可實現(xiàn)單通