用于控制压电元件的高压放大器。方案、说明

用于控制压电元件的高压放大器。无线电电子电气工程百科全书

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将电信号转换为机械运动的陶瓷压电转换器用于测量设备和光学系统。这些转换器必须由大幅值（高达 100 V）的电压脉冲供电。本文中描述的放大器可以解决这个问题。

用于精确运动再现的仪器系统中的压电信号位移传感器的固有谐振频率范围从单位到数十千赫兹，其自身电容范围从数万到数十万皮法。设计放大器时必须考虑负载的这些特性，以确保整个系统的稳定性。基于此类转换器构建系统的理论和实践问题在[1]中有详细描述。

放大器在线性区的频率带宽应比转换器的自然谐振频率高几倍。在这种情况下，当用于电压反馈放大器时，它将在处理命令时抑制转换器的谐振振荡。输入信号被馈送到运算放大器 DA1 上组装的差分放大器的输入端（见图），从而可以衰减共模噪声。电阻R1、R2和R3、R4必须按阻值成对选择，精度不低于0,1%。

（点击放大）

来自与负载 BQ2 并联的电阻分压器 R7R10 的 OS 信号与放大的信号一起通过电阻器 R5 馈送到运算放大器 DA1 的反相输入端。图中所示电阻器 R1-R1、R7 的放大器 DA10 输入端的信号标称值为 5 V，负载处的输出电压将为 100 V。

带宽内增益的变化不超过+20%，这对于所描述的放大器应用来说是完全可以接受的。 R9C2 OS 校正电路消除了由于输出级晶体管中存在其自身电容而导致的 RF 放大器的自激。运算放大器 DA2 在该频率区域的增益取决于 R9/R6 的比率。建议选择该比值小于或等于2，且电容CXNUMX的容量应尽可能小，但要保证放大器不自激。该电路对低频的影响很小。

装置高压部分由前置放大器(VT1-VT3)和功率放大器(VT4-VT7)组成。

前置放大器根据不同结构的晶体管上的共源共栅电路组装而成[2]——VT1、VT2。这使您可以充分利用前置放大器和整个放大器。前置放大级的负载是晶体管VT3上的电流源。

在没有输入信号的情况下，大约有 17mA 的电流流过电阻器 R18、R1,2，这些电阻器上的总压降约为 1,5V。由于该电压实际上施加到晶体管 VT4 和 VT5 的发射结，它们开路，并流过电路中的静态电流：VT4（发射极结）、R22、R24、R25、R23、VT5（发射极结）。该静态电流为 0,5 mA。选择其值，一方面是为了将输出晶体管消耗的功率限制在允许它们在没有散热器的情况下工作的水平，另一方面是为了在不缩小带宽的情况下减少瞬态失真。

使用电流源作为晶体管VT2的集电极负载有多种原因。压电换能器在静态状态下几乎不消耗电流（我们可以假设这是一个电容器），互补晶体管VT4、VT5上的一级功率放大足以维持其上设定的电压值。当命令脉冲到达放大器的输入时（从 0V 下降到 5V，然后又回到 0），功率放大器必须快速将负载电容充电到 100V，然后放电到零。在这种情况下，输出电压的变化率将与通过转换器BQ1的电流成正比。

充电时，电流从电源正极线流出，主要流经晶体管VT6，它与晶体管VT4组成复合晶体管。放电由第二复合晶体管VT5VT7提供。当产生负极性命令脉冲时，通过相同的晶体管 VT5、VT7 进行充电。

二极管VD8-VD13和电阻器R24、R25形成一个单元，用于限制瞬态时放大器输出处的最大电流值，其值约为120mA。应该注意的是，该节点不能防止负载的长应急电路。当负载关闭时，输出晶体管会消耗大约 15 瓦的功率。二极管VD14、VD15保护输出晶体管免受直接压电效应引起的电压脉冲的影响。

放大器采用MLT电阻；电容器 C1、C3、C5、C6 - K73-17（电压为 160 V），C2、C4 - KM-6、C7 - 云母； OU KR544UD2A 可以替换为 K140UD23A 或 K140UD23B，晶体管 KT850B 和 KT851B 分别替换为 2T882A 和 2T883A。

放大器的调整应在加载电容等于压电元件固有电容的电容器时开始，然后检查加载压电元件时工作的稳定性。在测试所述放大器时，使用由 TsTS-0,01 陶瓷制成的自身电容为 19 μF 的管状压电元件作为负载。高压放大器在线性区的频率带宽为60 kHz。输入电压从零到 +5V 阶跃变化以及下降到零时的输出电压压摆率为 2V/μs。

文学

Nikolsky AA 带有压电补偿器的精密双通道伺服驱动器。 - M.：Energoatomizdat，1988 年。
Horowitz P., Hill W. 电路的艺术。 T. 3. - M.：和平号，1993 年。

作者：A. Orlov，诺金斯克，莫斯科地区

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