CN202119795U - 一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器，包括模拟输入端、负高压输出端和正高压输出端，模拟输入端与负高压输出端之间通过线路顺次连接输入端保护电路、前置放大电路、电压放大电路以及功率放大电路，其中电压放大电路与功率放大电路之间并联有偏置电路，模拟输入端与负高压输出端之间并联有反馈回路；负高压输出端连接到正高压放大电路的输入端，然后依次连接另一输入端保护电路、前置放大电路、电压放大电路和功率放大电路。本实用新型的有益效果为：电路简单、成本低、可实现对任意波形的信号进行正向和反向高压放大，输出0-200V高压，应用在扫描探针显微镜上，驱动压电陶瓷扫描器动作。

Description

一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器

技术领域

本实用新型涉及一种压电陶瓷扫描器的驱动装置，尤其涉及一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器。

背景技术

压电陶瓷扫描器是扫描探针显微镜的主要运动部件之一，它带动探针或者样品进行X、Y方向的扫描及Z方向的运动，从而完成样品表面形貌成像。压电陶瓷扫描器的核心部分是压电陶瓷管，压电陶瓷是一种具有压电效应的无机非金属材料，当对压电陶瓷管外部施加电压时，材料会产生机械形变，即伸长或缩短，由电压的正负决定，形变的大小则由电场强度决定。压电陶瓷在电场作用下产生的形变量其实很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，但是却需要较高的电压来作用，正是基于这微小的形变而制作成的压电陶瓷扫描器应用在精密仪器的控制上却意义非凡。

压电陶瓷扫描器正常工作需要高电压来驱动，扫描探针显微镜的电子控制系统则通常是由数字信号经过DAC转换成模拟低压信号来控制扫描的，属于弱电控制，这就需要相应的高压放大器对控制信号进行高压放大，然后才能驱动压电陶瓷扫描器动作。目前普遍应用的高压放大器均采用高电压集成运算放大器（集成芯片）构成的，一片芯片价格上千元甚至更高，导致生产成本高，仪器造价昂贵。现有技术中通用的如国内中科院生产的GD-1型高压放大器，美国生产的PZ-70型高压放大器，虽然放大倍数大，输出电压更高，但无疑造价更昂贵，且必须独立使用，不适合应用于扫描探针显微镜等精密仪器中，影响产业化发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器，为克服现有产品放大器成本高，电路复杂，影响仪器的产业化发展等不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器，包括模拟输入端、负高压输出端和正高压输出端，所述模拟输入端与负高压输出端之间通过线路顺次连接输入端保护电路、前置放大电路、电压放大电路以及功率放大电路，其中电压放大电路与功率放大电路之间并联有偏置电路，模拟输入端与负高压输出端之间并联有反馈回路；负高压输出端连接到正高压放大电路的输入端，然后依次连接另一输入端保护电路、前置放大电路、电压放大电路和功率放大电路且正高压放大电路的电压放大电路与功率放大电路之间并联有另一偏置电路，正高压放大电路的输入端与输出端之间并联有另一反馈回路。

本实用新型的有益效果为：电路简单、成本低、可实现对任意波形的信号进行正向和反向高压放大，输出0-200V高压，应用在扫描探针显微镜上，驱动压电陶瓷扫描器动作；最大输出电压可达200V，纹波＜3mV；输出到零电平0V±5mV；2000pF100kΩ负载3dB带宽＞200Hz，失真度＜2%；3300pF100kΩ负载3dB带宽＞6kHz，失真度＜2%。

附图说明

下面根据附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型实施例所述的用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器的电路原理框图；

图2是本实用新型实施例所述的用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器的电路图。

图中：

1、模拟输入端；2、负高压输出端；3、正高压输出端；4、输入端保护电路；5、前置放大电路；6、电压放大电路；7、功率放大电路；8、偏置电路；9、反馈回路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例所述的一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器，包括模拟输入端1、负高压输出端2和正高压输出端3，所述模拟输入端1与负高压输出端2之间通过线路顺次连接输入端保护电路4、前置放大电路5、电压放大电路6以及功率放大电路7，其中电压放大电路6与功率放大电路7之间并联有偏置电路8，模拟输入端1与负高压输出端2之间并联有反馈回路9；负高压输出端2连接到正高压放大电路的输入端，然后依次连接另一输入端保护电路4、前置放大电路5、电压放大电路6和功率放大电路7且正高压放大电路的电压放大电路6与功率放大电路7之间并联有另一偏置电路8，正高压放大电路的输入端与输出端之间并联有另一反馈回路9。

工作时，用于驱动压电陶瓷扫描器动作的模拟输入信号，电压值较低，输入到本实用新型的输入端保护电路4中，所述输入端保护电路4主要是为了防止放大器输入端差模或共模电压过高时损坏输入级的晶体管。输入端保护电路4同时连接所述前置放大电路5，所述前置放大电路5主要是对输入信号进行反向放大。经过反向放大后的信号先进入到所述电压放大电路6，而后又进入到了所述功率放大电路7，功率放大主要是提高整个放大器的驱动负载能力，连接电压放大电路6和功率放大电路7的是所述偏置电路8，所述偏置电路8主要为电压放大级和功率放大级提供合适的工作电流。经过了电压放大和功率放大后的信号就到了负高压输出端了，所述反馈回路9连接负高压输出端和放大器的输入端，通过改变所述反馈回路9的电阻值可以直接改变整个放大器的电压增益，引入反馈回路能维持增益的恒定，对放大器的性能也起到改善作用。

所述负高压输出端的信号直接连接到正高压放大电路的输入端，然后依次连接所述输入端保护电路4、所述前置放大电路5、所述电压放大电路6和所述功率放大电路7，就到了正高压输出端了。所述偏置电路8连接电压放大电路6和功率放大电路7，所述反馈回路9连接正高压输出端和输入端。调节正高压放大电路的反馈回路9的系数，使输出的电压增益为-1，于是就可以得到正负两组电压相等的高压信号了。

如图2所示，J1为高压放大器的输入模拟信号，J2为经过高压放大器放大后的反向电压，J3为经过高压放大器放大后的正向电压。R51、R52、C53构成了连接负高压放大电路输入端和输出端的反馈回路，放大倍数直接由反馈回路决定，即Av=Uout/Uin=（-R51）/R52，由此可知，改变R51和R52的阻值可以直接改变电压增益。二极管D15，D16和电阻R44对负高压放大电路起输入端保护作用，稳压管Z2和电阻R37对集成运放U3输出端起保护作用。由U3B、R41、C24组成的前置放大电路对输入信号进行反向放大，其中U3是一种精密、低噪声、低输入偏置电流、宽带宽JFET运算放大器。

由T7、R27、R28和D5构成了电压放大电路，其中T7是一种PNP型低功耗、高电压三极管，其集电极和发射极之间电势差Vceo可达到-400V。由T1、T3、R1、R2、R10、R17、C18等组成的双电源互补对称功率放大电路，其中T1是一种NPN型低功耗、高电压三极管，其集电极和发射极之间电势差Vceo可达到400V，T3和T7型号一样。由D2、R11、W3组成的偏置电路，调节W3阻值可以为电压放大和功率放大电路提供合适的工作电流。

电容C3和C1主要是对提供放大器工作的正负直流电源起滤波作用。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于压电陶瓷扫描器驱动的高压放大器，包括模拟输入端（1）、负高压输出端（2）和正高压输出端（3），其特征在于：所述模拟输入端（1）与负高压输出端（2）之间通过线路顺次连接输入端保护电路（4）、前置放大电路（5）、电压放大电路（6）以及功率放大电路（7），其中电压放大电路（6）与功率放大电路（7）之间并联有偏置电路（8），模拟输入端（1）与负高压输出端（2）之间并联有反馈回路（9）；负高压输出端（2）连接到正高压放大电路的输入端，然后依次连接另一输入端保护电路（4）、前置放大电路（5）、电压放大电路（6）和功率放大电路（7）且正高压放大电路的电压放大电路（6）与功率放大电路（7）之间并联有另一偏置电路（8），正高压放大电路的输入端与输出端之间并联有另一反馈回路（9）。

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