图1是压电陶瓷元件用高压放大器。压电陶瓷元件是一种优质位置转换器,广泛用于千分尺等。压电陶瓷元件在2OkV/数量级电场的作用下具有最大伸长,典型值为0.1%,因此使用时需要采用高电压放大器。这里介绍的是简单、低成本的1000V高电压放大器。压电陶瓷元件作为放大器的负载。高压放大器由三个高耐压MOSFET(BUK465)和一个低噪声运算放大器(0P27)等组成。放大器的工作原理简述如下:现假定压电陶瓷元件类似一个电容器,其典型值为毫微法。因此,在较高的电压驱动下,压电陶瓷元件需要较大的电流进行充电或自放电。若这时VT3未接入,VD1短路,则A1输出直接驱动VT1,这时VT1和RP1构成压控电流源。与此同时,VT2和RP2及9V电池构成对VT1漏极上拉的固定电流源,注意到这时
VT2的漏极不从电池获得电流,因此电池要用很长时司。当放大器需要压电陶瓷元件放电时;A1输出高电平,VT1吸收的电流大小仅由RP1设定。当放大器需要对压电陶瓷元件充电时,充电速率固定不变,其大小由VT2与RP2构成的电流源决定。由于该数值也是放大器的静态电流,因此静态电流必须低于1000V时放大器处于冷态时的电流,这就限制了放大器正斜率的转换速率。对于10nF的压电陶瓷元件,静态电流为1mA时转换速率为0.1V/μs。
当压电陶瓷元件充电时,VT3作为电流缓冲器对电容负载起隔离作用,增大了较小静态电流时的转换速率。VD1为压电陶瓷元件经VT1提供的放电路径。R3和岛设定100倍的增益,但R3和C1必须承受10OOV的电压,R3采用3个0.5W的330kΩ电阻串联最有效。R5是隔离电容负载的电阻,并起到改善电路稳定性的作用。R6和R7为分压电阻,将输出电压Uoi的1/100作为监控电压Uo2。
对于26nF的压电陶瓷元件,在1.5mA静态电流时测得其转换速率为10V/μs,3.5mA时为2OV/μs。上升门丁降转换速率分别通过微调RP1和RP2的阻值设定。

图1 压电陶瓷元件用高压放大器电路图