압전 소자를 제어하기 위한 고전압 증폭기. 구성표, 설명

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압전 소자를 제어하기 위한 고전압 증폭기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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전기 신호를 기계적 움직임으로 변환하는 세라믹 압전 변환기는 측정 장비 및 광학 시스템에 사용됩니다. 이러한 컨버터는 상당한 진폭(최대 100V)의 전압 펄스로 전원을 공급받아야 합니다. 기사에 설명된 증폭기를 사용하면 이 문제를 해결할 수 있습니다.

정확한 동작 재현을 위해 기기 시스템에 사용되는 압전 신호 대 변위 변환기의 고유 공진 주파수는 단위에서 수십 킬로헤르츠 범위이며 자체 정전용량 범위는 수만에서 수십만 피코패럿입니다. 시스템 전체의 안정성을 보장하기 위해 증폭기를 설계할 때 부하의 이러한 특징을 고려해야 합니다. 이러한 변환기를 기반으로 시스템을 구축하는 이론 및 실제 문제는 [1]에 자세히 설명되어 있습니다.

선형 영역에서 증폭기의 주파수 대역폭은 컨버터의 고유 공진 주파수보다 몇 배 더 높아야 합니다. 이 경우 전압 피드백 증폭기에 사용하면 명령이 처리될 때 컨버터의 공진 발진이 억제됩니다. 입력 신호는 연산 증폭기 DA1(다이어그램 참조)에 조립된 차동 증폭기의 입력으로 공급되어 공통 모드 잡음을 감쇠시킬 수 있습니다. 저항 R1, R2 및 R3, R4는 0,1% 이하의 정확도로 저항에 따라 쌍으로 선택해야 합니다.

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증폭 된 신호와 함께 부하 BQ2과 병렬로 연결된 저항 분배기 R7R10의 OS 신호는 저항 R5을 통해 연산 증폭기 DA1의 반전 입력에 공급됩니다. 다이어그램에 표시된 저항 R1-R1, R7의 값을 가진 증폭기 DA10의 입력 신호의 공칭 값은 5V이고 부하의 출력 전압은 100V입니다.

대역폭 내에서 이득의 변화는 +20%를 초과하지 않으며, 이는 설명된 증폭기 응용 프로그램에 상당히 적합합니다. R9C2 OS 수정 회로는 출력 스테이지 트랜지스터에 자체 정전 용량이 있기 때문에 RF 증폭기의 자체 여기를 제거합니다. 이 주파수 영역에서 연산 증폭기 DA2의 이득은 비율 R9/R6에 따라 달라집니다. 이 비율은 2 이하로 선택하는 것이 좋으며 커패시터 CXNUMX의 커패시턴스는 최소이어야 하지만 증폭기가 자기 여기되지 않도록 해야 합니다. 저주파에 대한 이 회로의 영향은 매우 작습니다.

장치의 고전압 부분은 전치 증폭기(VT1-VT3)와 전력 증폭기(VT4-VT7)로 구성됩니다.

전치 증폭기는 구조가 다른 트랜지스터의 캐스코드 회로에 따라 조립됩니다[2] - VT1, VT2. 이를 통해 프리앰프와 전체 앰프를 전체적으로 최대한 활용할 수 있습니다. 사전 증폭 단계의 부하는 트랜지스터 VT3의 전류원입니다.

입력 신호가 없을 때 약 17mA의 전류가 저항 R18, R1,2을 통해 흐르고 이러한 저항의 총 전압 강하는 약 1,5V입니다. 이 전압은 실제로 트랜지스터 VT4 및 VT5의 이미 터 접합에 적용되기 때문에 개방되고 회로에서 대기 전류가 흐릅니다. 이 대기 전류는 4mA입니다. 그 값은 한편으로는 출력 트랜지스터에 의해 소비되는 전력을 방열판 없이 작동할 수 있는 수준으로 제한하고 다른 한편으로는 대역폭을 좁히지 않고 과도 왜곡을 줄이기 위해 선택됩니다.

트랜지스터 VT2의 콜렉터 부하로 전류원을 사용하는 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 압전 변환기는 실제로 정적 모드에서 전류를 소비하지 않으며 (이것이 커패시터라고 가정 할 수 있음) 보완 트랜지스터 VT4, VT5에서 한 단계의 전력 증폭만으로도 설정된 전압 값을 유지하기에 충분합니다. 명령 펄스가 증폭기의 입력에 도달하면(0에서 5V로 떨어졌다가 다시 0으로 떨어짐) 전력 증폭기는 부하 커패시턴스를 100V로 빠르게 충전한 다음 1으로 방전해야 합니다. 이 경우 출력 전압의 변화율은 변환기 BQXNUMX을 통과하는 전류에 정비례합니다.

충전시 전류는 주로 트랜지스터 VT6와 함께 복합 트랜지스터를 형성하는 트랜지스터 VT4을 통해 전원의 양극선에서 흐릅니다. 방전은 두 번째 복합 트랜지스터 VT5VT7에 의해 제공됩니다. 음극의 명령 펄스를 생성하면 VT5, VT7과 같은 동일한 트랜지스터를 통해 충전이 발생합니다.

다이오드 VD8-VD13 및 저항 R24, R25는 약 120mA 값으로 과도 상태에서 증폭기 출력의 최대 전류 값을 제한하는 장치를 형성합니다. 이 노드는 부하의 긴 비상 회로로부터 보호하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 부하가 닫히면 출력 트랜지스터는 약 15W의 전력을 소비합니다. 다이오드 VD14, VD15는 직접적인 압전 효과로 인한 전압 펄스로부터 출력 트랜지스터를 보호합니다.

증폭기는 MLT 저항을 사용합니다. 1 V, C3, C5 - KM-6, C73 - 운모의 전압에 대한 커패시터 C17, C160, C2, C4 - K6-7; OU KR544UD2A는 K140UD23A 또는 K140UD23B로, 트랜지스터 KT850B 및 KT851B는 각각 2T882A 및 2T883A로 교체할 수 있습니다.

증폭기의 조정은 압전소자의 고유 정전용량과 같은 정전용량을 갖는 커패시터를 탑재한 상태에서 시작해야 하며, 압전소자를 탑재했을 때 동작의 안정성을 확인해야 한다. 설명된 증폭기를 테스트할 때 TsTS-0,01 세라믹으로 만든 자체 정전 용량이 19μF인 관형 압전 소자가 부하 역할을 했습니다. 선형 영역에서 고전압 증폭기의 주파수 대역폭은 60kHz입니다. 입력 전압이 5에서 +2V로 단계적으로 변경되고 XNUMX으로 떨어질 때 출력 전압의 슬루율은 XNUMXV/μs입니다.

문학

Nikolsky AA 피에조 보상기가 있는 정밀한 1988채널 서보 드라이브. - M.: Energoatomizdat, XNUMX.
Horowitz P., Hill W. 회로 기술. T. 3. - M.: 미르, 1993.

저자: A. Orlov, 모스크바 지역 노긴스크

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