基于A(yíng)RM 的高分辨率壓電陶瓷驅動(dòng)電源設計方案（二）

4 驅動(dòng)電源實(shí)驗結果

實(shí)驗用壓電陶瓷驅動(dòng)電源的穩壓電源采用長(cháng)峰朝陽(yáng)電源公司的4NIC-X56ACDC 直流電源，輸出電壓精度≤1%,電壓調整率≤0.5%,電壓紋波≤1 mV(RMS)、10 mV(P-P)。測量設備采用KEITHLEY 2000 6 1/2Multimeter.

首先對DAC輸出分辨率進(jìn)行測量，ARM控制器輸出持續5 s的階躍信號，同時(shí)在DAC輸出端對電壓信號進(jìn)行測量，將測量結果部分顯示見(jiàn)圖8.圖8 中顯示AD5781的輸出電壓分辨率可達3.89e-5 V,即38.9 μV.

在模擬電路中，噪聲是不可避免的。對于壓電驅動(dòng)電源來(lái)說(shuō)，噪聲的等級限制了驅動(dòng)電源的輸出分辨率。

圖8、9分別給出經(jīng)典放大電路和改進(jìn)后的放大電路的測試噪聲。從圖中可得通過(guò)使用PI控制器和相位補償元件將壓電驅動(dòng)電源的輸出噪聲從1.82 mV(RMS)降低至0.43 mV(RMS)。

圖10給出了放大電路的輸出分辨率，放大電路的分辨率決定了PZT的定位精度，如要實(shí)現納米級的定位精度，驅動(dòng)電源的分辨率需要達到毫伏級。圖10中，輸出電壓的分辨率可達到1.44 mV.

最后，給出驅動(dòng)電源電壓線(xiàn)性度曲線(xiàn)。線(xiàn)性度能夠真實(shí)的反映出輸出值相對于輸入真值的偏差程度。

線(xiàn)性度曲線(xiàn)如圖11所示。得到擬合直線(xiàn)Yfit=9.846Vin+0.024 2,最大非線(xiàn)性誤差為0.024%,能夠滿(mǎn)足精密定位需求。

5 結論

本文設計的基于A(yíng)RM的高分辨率壓電陶瓷驅動(dòng)電源的方案，該方案采用直流放大原理，具有低電路噪聲、高分辨率和低輸出非線(xiàn)性度等特性，同時(shí)驅動(dòng)電源的帶寬可達100 kHz.以上特性使本方案的壓電驅動(dòng)電源能夠應用于納米級靜態(tài)定位的需求，由于其性?xún)r(jià)比高、結構簡(jiǎn)單，故具有很高的實(shí)用價(jià)值。而實(shí)驗結果也表明：本方案所設計的電源輸出電壓噪聲低于0.43 mV、輸出最大非線(xiàn)性誤差低于0.024%、分辨率可達1.44 mV,能夠滿(mǎn)足高分辨率微位移定位系統中靜態(tài)定位控制的需求。