高精度大功率压电陶瓷驱动关键技术

压电陶瓷驱动电源是压电陶瓷微位移系统中的关键部件.以高压功率放大器PA93为核心,提出了一种新型高精度、大功率压电陶瓷驱动电源,适合驱动大行程、大推力压电陶瓷致动器.重点阐述了电路的设计方案,对复合放大电路进行了特性分析.实验结果表明,该驱动电源具有精度高,输出电压高,电流大,稳定性好的特点.当驱动等效负载电容为24μF的压电陶瓷时,在0～100 Hz频率范围内实现了0～10 V信号到0～100 V信号的动态放大,输出电压精度优于3×10-5,最大输出电流350 mA.

铈掺杂对PZT压电陶瓷性能的影响

研究了铈掺杂对PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响,并对实验结果做出物理机理的解释。实验结果表明,适量的铈掺杂有利于材料结构的致密,提高了体电阻率,解决了材料在高温高场下极化困难的问题,在铈掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,制备出综合性能良好的PZT压电陶瓷:室温时rε=958,tgδ=0.24%,d33=239pC/N,Kp=0.45,Qm=886,适合制备大功率压电陶瓷。

适合容性负载的高压大功率放大器

设计了一种适合压电陶瓷等容性负载的双极性可调高压大功率线性放大器,它由简单低廉的低压运算放大器、基于功率场效应管(MOSFET)的功率放大级组成主回路,通过电压负反馈构成闭环控制。对电路中各环节的特性进行了分析,并讨论了放大器的性能。该高压放大器在驱动等效电容为60nF的压电陶瓷时,单端到地输出电压为-600～+600V,电压增益42dB,大信号带宽800Hz,小信号带宽7kHz,充放电电流可达200mA,静态电流可达1.4mA。实验与分析表明,高压直流放大器采用功率场效应管和电压闭环控制后,可拓展放大器通频带,提高放大器输出能力和长时间稳定性。

四元系PZT-PFW-PMN大功率压电陶瓷的电性能研究

用传统固相法制备了PbZrO3-PbTiO3-Pb(Fe2/3W1/3)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3(简称PZT-PFW-PMN)四元系压电陶瓷。研究了不同含量的Pb(Fe2/3W1/3)O3(简称PFW)对PZT-PFW-PMN陶瓷的相结构、密度、介电性能和压电性能的影响。另外,还研究了制备工艺对陶瓷电性能的影响。结果表明,随着PFW的加入以及烧结温度的提高,体系的介电和压电性能都有所改善。当加入3.0%(摩尔分数)Pb(Fe2/3W1/3)O3并在1200℃下烧结时,材料具有良好的综合电性能:d33=358pC/N,Kp=0.63,Qm=1655,tgδ=0.005,该组份是大功率压电陶瓷变压器用材料优良的备选体系。

一种数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源

设计了一种用于驱动数字共焦显微仪压电陶瓷物镜驱动器,实现数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源,由单片机系统、前级高压稳压电路、数控电位器、功率放大电路、高压稳压电源和放电回路组成。采用前级高压稳压代替电压放大级作为输入,通过高分辨率的数控电位器调节,经功率放大和放电回路后驱动压电陶瓷驱动器。该驱动电源输出电压稳定,数控可调且随输入电压呈线性变化,可实现对电压精密控制,适用于驱动压电陶瓷等容性负载。

压电陶瓷变压器在静电复印机上的应用研究

针对静电复印机高压电源中升压电磁变压器线匝之间易打火、击穿、故障率高问题 ,采用 PMMN陶瓷材料制备出片式结构的压电陶瓷变压器 ,又以压电陶瓷变压器为升压器件研制出符合静电复印机技术要求的压电陶瓷变压器高压电源 ,从根本上解决了传统高压电源存在的问题 ,这种电源还具有体积小、质量轻、不怕短路。

压电变压器在计算机高压电源上的应用研究

介绍了计算机CRT单频单色显示器用压电陶瓷变压器高压电源的工作原理和基本特征 ,试验证明用压电陶瓷变压器替换传统逆程变压器时不仅能完全满足计算机单色显示器的技术要求 ,而且降低了成本 ,大大缩小了高压包的体积 ,提高了计算机显示器的可靠性 .

压电驱动器驱动电源设计

针对提高电源的输出质量、容性负载的响应速度等设计要求,设计了一种基于PA78的电压控制型压电陶瓷驱动电源。从理论角度研究了电压控制型驱动电源特点并初步制定了设计方案,以PA78高压功放作为核心器件,对驱动电源的核心电路、直流稳压电路及放电回路等进行设计。在此基础上,对驱动电源电路的稳定性、频响特性等关键性能进行研究。最后搭建了驱动电源测试系统,在容性负载情况下,对驱动电源的线性度、纹波电压等基本性能进行测试和分析,实验结果表明所设计的驱动电源满足设计要求。

PM SZT压电陶瓷的烧结工艺研究

大功率压电陶瓷要求材料不但在强场下有小的介质损耗,大的机械品质因数,同时兼备一定的压电常数和机电耦合系数.当然一般说来,Qm提高的话,Kp、d33就会降低,所以我们希望在保证高Qm情况下,尽可能提高压电应变系数d33和机电耦合系数Kp.微观结构对陶瓷性能有着重要的影响,通过选择合理的烧结制度改变材料的微观结构,可以提高材料的性能.本文研究升温速度和保温时间对PMSZT大功率压电陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响.结果发现升温速度过快或过慢会使材料致密性下降.烧结温度1240℃保温1h时,晶粒致密均匀,居里温度最低.随着保温时间的缩短或延长,居里温度增加.电性能在保温1 h时达最佳:ε33T/ε0=1700,d33=336×pC/N,Kp=0.655,Qm=2200,tanδ=0.0030.PMSZT陶瓷介电和压电性能良好,可以满足了大功率材料的使用要求.

Sr取代量对PMNS-PZT压电陶瓷的影响

采用铌铁矿先驱体法制备了Pb1–xSrx(Zr0.505Ti0.495)0.95(Mn1/3Nb1/3Sb1/3)0.05O3(PMNS-PZT)四元系陶瓷,考察了Sr取代量对其结构和性能的影响。结果表明:所得PMNS-PZT陶瓷材料为完全的钙钛矿结构,且随着Sr取代量的增加,经历了从四方-三方相共存再到完全三方相的相变过程,其准同型相界区间位于x为0.01～0.03。Sr取代量的变化对样品的显微组织结构影响不大。当Sr2+的取代量x为3%时,kp为0.528,Qm为1587,d33为263pC/N,0Tε33/ε为1411,tanδ为0.35%,能满足大功率超声电机的要求。

夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展

夹心式压电陶瓷超声换能器是目前大功率超声设备中应用最广的一种换能器,其在大功率工作状态下会呈现出明显的非线性特征。综述了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性方面的研究进展。首先介绍了国内外在压电陶瓷非线性方面的重要理论及实验研究成果,着重阐述了大功率领域常用的硬压电陶瓷的非线性研究工作,其次对夹心式压电陶瓷超声换能器的结构及工艺所引起的非线性进行了简要分析和论述,最后介绍了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性建模方面的研究进展。

压电陶瓷变压器在雷达CRT显示器高压电源中应用研究

以四元系PMMN压电陶瓷变压器为升压器件,以脉宽调制器(PWM)和MOSFEET管所组成的开关振荡器为驱动电路,研制出适用于雷达显示系统的多路输出10kV压电陶瓷变压器高压电源.由于压电陶瓷变压器具有许多优点,不仅提高雷达整机的可靠性,而且能适应当前军事产品小型化、机动性强的发展需要.

压电式喷墨打印机驱动电源设计

压电陶瓷驱动电源是压电式喷墨打印机的核心部件。提出了压电陶瓷驱动电源的电路设计方法,将整个驱动电源分为低压控制和高压放大两部分进行设计,并给出了设计框图。

高速撞击压电陶瓷过程中储能电容对电输出特性的影响研究

为了揭示PZT-5H压电陶瓷电源复合结构在高速撞击载荷下电源外部电路中储能电容对输入电压、输入能量的影响规律,利用自行构建的一级轻气炮加载系统、电源外部电路及电输出测试系统,分别开展了长径比为1∶1的柱状弹丸在相近碰撞速度、不同储能电容容量条件下高速撞击单片和多片压电陶瓷复合结构实验。实验结果表明:储能电容越大,压电陶瓷输出电压峰值越小、储能电容充电电压越小,存储能量值越小;随着储能电容量与压电电容量比率的增大,压电陶瓷的能量转换率减小;此外,储能电容的存储能量随压电陶瓷层数的增加而增大;压电陶瓷的电容与储能电容的匹配对储能电容的输入电压和储能电容的输入能量有较大影响。

Ba取代对四元系PMNS-PZT压电陶瓷结构和电学性能的影响

采用铌铁矿先驱体法制备了 Pb_(1-x)Ba_x(Zr_(0505)Ti_(0495))_(095)(Mn_(1/3)Nb_(1/3)Sb_(1/3))_(0.05)O_3(其中 x=0.01,0.02,0.03,0.04)四元系陶瓷,并考察了 Ba取代量变化对 PMNS-PZT 四元系陶瓷结构和性能的影响。XRD 测试结果表明,采用先驱体法合成 PMNS-PZT 陶瓷材料,为完全的钙钛矿结构,且随着 Ba 取代量的增加,经历了从四方-三方相共存再到完全三方相的相变过程,其准同型相界区间位于 x=0.01～0.03范围内。SEM 测试结果表明,Ba 取代量的变化对样品的显微组织结构影响不大,这应该是由于 Ba^(2+)取代量较低,在晶界处富集很少,对晶粒的长大抑制作用不明显所致。在 Ba^(2+)的取代量为3mol%时,其性能可达 K_p=0.50,Q_m=1385,d_(33)=255PC/N,ε~T_(33)/ε_0=1273,tan δ=0.52%,能满足大功率的要求。

压电陶瓷微进给机构直流高压电源研制

针对压电陶瓷微进给机构所需,使用了较少的元器件,设计与制作了连续可调的直流高压电源0～530 V.电路设计的核心部分由两个直接耦合的高耐压三极管组成放大电路.分别做了开环与闭环的实验,进行了比较,运用闭环补偿的电路,稳定性与线性度明显优于开环电路.

大功率铅基压电陶瓷材料的研究进展

本文综述了大功率压电陶瓷材料的研究进展,介绍了其体系结构、应用和制备方法,最后指出掺杂改性、探索新的材料体系和制备工艺是改进其制备的有效途径。

基于PA85A的高精度动态压电陶瓷驱动电源设计

压电陶瓷作为原子力显微镜系统中的执行器件,能够快速跟踪测量样品的形貌。为提高压电陶瓷驱动器的定位精度与响应速度,根据电压控制型驱动电源的原理,以PA85A高压运放为核心器件,设计了一种高精度动态压电陶瓷驱动电源。分析了影响系统精度与动态性能的因素,采用相位补偿法,提高了系统的稳定性。实验结果表明,该电源具有精度高,动态响应快,稳定性强的特点,能有效用于原子力显微镜系统中。

大容性负载双极性高压功率放大器设计

设计了一种适合压电陶瓷驱动器等大容性负载动态应用的双极性高压功率放大器,它基于误差放大式原理,采用高压集成运放(PA89)驱动多组并联功率放大级的电路结构,在实现双极性高电压输出的同时具有很强的电流驱动能力。该放大器驱动等效电容为2.5μF的压电陶瓷驱动器时,能实现单端到地-500～+500V高压输出,电压增益40dB,最大瞬时充放电电流达1A。它具有驱动能力强、稳定性好、线性度高等特点。

用于光刻投影物镜微调的压电陶瓷驱动器设计

为了提高大数值孔径投影物镜成像质量,需对镜片进行高精度微调。压电陶瓷是一种高精度定位的执行元件。根据电压控制型压电陶瓷驱动电源的原理,利用运算放大器PA88和OPA2227构成的高压运放式复合放大电路,设计了一种高精度的压电陶瓷驱动器,用于驱动镜片的精密微调。详细阐述了驱动器和供电电源的设计原理,并运用Multisim10软件对该驱动器的输出电压、线性度、静态纹波及稳定性进行了仿真分析。结果表明,该驱动器具有输出精度高,最大非线性误差为0.000 5%,静态纹波小(±100nV),稳定性强等优点,达到了投影物镜中镜片微调要求。