[发明专利]一种高精度的压电陶瓷的驱动放大电路

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动控制领域，具体涉及一种基于高压运算放大器的压电陶瓷驱动放大电路，它可以灵活的组成压电陶瓷驱动控制电源。

背景技术

光学及精密机械的场合都需要较高的位移分辨率，它们对运动位置的精度要求能达到纳米级别。压电陶瓷依据压电效应的原理，使用特殊的压电材料烧结而成，具有体积小、位移分辨率高、动态性能好、发热小等特点，在高精度的纳米定位的场合中有着非常广泛的应用。要充分发挥压电陶瓷的性能，压电陶瓷需要配备高精度的压电陶瓷驱动电源，压电陶瓷电源最终决定了压电陶瓷的位移精度。当前的压电陶瓷驱动电源中，主要有两种设计方案：电压控制方案和电荷控制方案。其中电荷控制方案可以有效的补偿压电陶瓷的磁滞特性，成为当前研究的热点，但是电荷控制方案也有动态性能不高的缺点；电压控制方案有很好的动态性能，电路的软硬件补偿灵活，这种方法在压电陶瓷驱动中应用广泛。压电陶瓷驱动电源解决方案中，APEX公司研发出一系列的高压运算放大器，通过该高压运算放大器可以便捷的组成压电陶瓷驱动电源，组成的压电陶瓷电源具有体积小，散热设计方便等优点；但是高压运算放大器的低频性能比较差，尤其在发热量比较大的情况下，温度变化引入的低频噪声恶化了电路的性能，使其难以组成高精度的压电陶瓷驱动电源。

发明内容

本发明为解决现有由于高压运算放大器的低频性能差，且在发热量比较大的情况下，导致温度变化引入的低频噪声恶化电路的性能等问题，提供一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路。

一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路，包括由PA95芯片组成的高压放大电路，还包括与高压放大电路输入端连接的差分输入电路以及与高压放大电路输出端连接的电流放大电路，所述电流放大电路与电阻串联后实现对压电陶瓷的驱动；

所述的差分输入电路由差分对管Q1、晶体管Q2及晶体管Q3搭配电容电阻以及场效应管Q4和电阻R7组成；所述场效应管Q4和电阻R7作为差分输入电路的恒流源，场效应管Q4的栅极接负压电压源VS，场效应管Q4的源级串联电阻R7连接到负电压源VS上，场效应管Q4的漏极作为电流源输出端，差分对管Q1由分晶体管Q1_A和分晶体管Q1_B组成，所述分晶体管Q1_A和分晶体管Q1_B的发射极相连接并与恒流源的输出端相连，分晶体管Q1_A和分晶体管Q1_B的基极分别作为差分输入电路的同向输入端IN+和反向输入端IN-，分晶体管Q1_A和Q1_B的集电极分别连接晶体管Q2和晶体管Q3的发射极，所述晶体管Q2和晶体管Q3的基极相连接，晶体管Q2和晶体管Q3的集电极分别作为差分输入电路的反向和同向输出端。

本发明的有益效果：本发明针对高压运算放大器的缺点而设计，以PA95高压运放为例，PA95外围采用APEX公司推荐的电路形式，通过对推荐电路的扩展而组成高精度的压电陶瓷驱动放大电路。本发明使用高精度分立的元器件组成高精度的差分输入电路对高压运算放大器进行改造而组成了高精度的高压运算放大器，该高压运算放大器可以便捷的组成压电陶瓷驱动电源，以此方法组成的压电陶瓷电源具有体积小、精度高及使用灵活等优点。本发明设计的压电陶瓷驱动放大电路充分的考虑了系统的控制结构，依据热分析的原理而提出，具备结构简单，电路调整方便，组成电路灵活，同时具备动态性能好，输出电流大等优点，可以便捷的实现对压电陶瓷的高精度驱动控制。

附图说明

图1为本发明所述的一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路的结构图；

图2为本发明所述的一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路的电路原理示意图；

图3为本发明所述的一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路的控制结构图；

图4为采用本发明所述的一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路组成压电陶瓷电源时的电路框图；

图5是应用图4设计的压电陶瓷电源进行实验的原理框图；

图6是图5的测试结果曲线效果图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种高精度压电陶瓷的驱动放大电路，电路的整个框图如图1所示，在PA系列高压放大电路的基础上增加了差分输入电路及电流放大电路，辅助以高压供电电源及低压供电电源可以很灵活的组成压电陶瓷驱动电源。