高頻響低紋波壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源研究.pdf

1、微定位技術(shù)是納米工作臺(tái)中的關(guān)鍵技術(shù)。壓電陶瓷以逆壓電效應(yīng)來(lái)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(diǎn)，是理想的微位移器件。超精密微定位校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以壓電陶瓷為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)微定位，它不僅應(yīng)具備高的定位精度，同時(shí)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(duì)其供電的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源，是整個(gè)微定位平臺(tái)的關(guān)鍵。
　　本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外的壓電陶

2、瓷驅(qū)動(dòng)電源原理方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分類對(duì)比之后，分別選用誤差放大式和高壓運(yùn)放式原理，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高頻響低紋波的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，同時(shí)完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中信號(hào)產(chǎn)生部分和數(shù)據(jù)采集部分程序的編寫(xiě)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.基于誤差放大的高頻響壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源具有大電流、高電壓輸出特性，為此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由分立元件構(gòu)成的誤差放大式壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電陶瓷的快速驅(qū)動(dòng)。經(jīng)測(cè)試，驅(qū)動(dòng)電源在最大電壓幅值（120V）時(shí)的頻響可達(dá)1kHz，電源最高頻響為2.4kHz。
　　2.壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源靜態(tài)特性研究
　　驅(qū)動(dòng)電源在額定負(fù)載(容性)時(shí)的頻響和紋波指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是否具有高頻響和高精度特性直接相關(guān)。通過(guò)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(guò)理論計(jì)算獲得了輸入失調(diào)電壓的最優(yōu)值。實(shí)驗(yàn)表明，驅(qū)動(dòng)

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(diǎn)補(bǔ)償方式，增加了電路在驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載時(shí)的穩(wěn)定性，仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
　　3.驅(qū)動(dòng)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(hào)的產(chǎn)生。使用Verilog語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)了正弦波、方波、三角波和直流信號(hào)的輸出。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，課題中使用Labwindows軟件，完成了對(duì)研華PCI-1716卡的數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)單通