高壓放大器的工作電壓范圍可能是10V至200V或更高。此外，具有大電容、高電壓或高頻率的任何組合的AC壓電器件需要大電流驅(qū)動(dòng)器。實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的信號(hào)和函數(shù)發(fā)生器可以在50Ω負(fù)載下輸出低于5V的電壓。當(dāng)PZT換能器阻抗低于50Ω時(shí)，它們的輸出電壓甚至更低。高壓放大器件通常需要20V或更高的電壓。因此，驅(qū)動(dòng)這種換能器需要具有高輸出電壓和高輸出電流的壓電放大驅(qū)動(dòng)器。
例如，執(zhí)行器/電機(jī)40V峰值電壓，但實(shí)驗(yàn)室信號(hào)發(fā)生器只能輸出5V電壓或更低。為了得到40V的方波，就要使用壓電放大驅(qū)動(dòng)器來(lái)提升發(fā)生器信號(hào)并輸出高電壓和大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)壓電執(zhí)行器。壓電換能驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)示例。請(qǐng)注意，驅(qū)動(dòng)器會(huì)放大電壓、電流和功率的組合。
高壓放大器向換能器輸出高電壓和大電流。
壓電放大器的電壓要求
在選擇驅(qū)動(dòng)器之前先了解壓電器件的電壓要求非常重要。一些壓電換能器僅需要峰峰值電壓幅度，而其它的則從零到峰值電壓。例如，超聲換能器僅需要峰峰幅度來(lái)產(chǎn)生超聲電平，它可以接受從負(fù)到正的電壓擺動(dòng)，比如正弦波電壓擺幅為-30V至+30V，即60Vpp。另一方面，執(zhí)行器需要零到峰值電壓才能正常工作，比如0V至+40V方波?？傊?，了解PZT器件的電壓規(guī)格并選擇可滿(mǎn)足電壓范圍要求的驅(qū)動(dòng)器至關(guān)重要。
了解容性壓電功率
如前所述，兩種常見(jiàn)的壓電器件在諧振頻率下分別表現(xiàn)出容性和阻性。這兩種類(lèi)型的器件對(duì)功率要求是不同的。我們先來(lái)看看容性器件。
許多高壓放大器件本質(zhì)上是容性的，其阻抗可通過(guò)前面的公式1得到?；叵胍幌禄镜碾姎夤こ淘恚娙莸淖杩沟扔谄浞磻?yīng)成分，這意味著該器件的阻抗是虛數(shù)（用j表示），而沒(méi)有真正的電阻。無(wú)功器件本身不會(huì)吸收或耗散功率，因此加給器件的功率被認(rèn)為是無(wú)功功率。無(wú)功功率仍需要在某處耗散，它是在PZT放大驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部耗散，而不是在器件上耗散。結(jié)果，加熱是在壓電驅(qū)動(dòng)器上，而不是PZT器件本身。無(wú)功功率可用公式3表示，其中阻抗（Z）來(lái)自公式1，電流（I）來(lái)自公式2。我們使用RMS電壓值來(lái)計(jì)算RMS電流和功率。當(dāng)選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)，請(qǐng)確保驅(qū)動(dòng)器可以處理無(wú)功功率。
增加實(shí)際阻抗
如前所述，容性壓電元件不會(huì)消耗功率。放大器內(nèi)部消耗的所有無(wú)功功率都會(huì)限制其輸出電流和電壓。壓電器件在電壓下工作，而非必需的電流或功率，盡管需要大電流來(lái)維持電壓，特別是在高頻下。如果放大器受到散熱的限制，高壓放大器可以使用簡(jiǎn)單的電阻匹配技術(shù)來(lái)更好地優(yōu)化放大器功耗，從而提高輸出電壓和電流。增加一個(gè)串聯(lián)電阻，阻抗就有一個(gè)實(shí)部，并在壓電放大器外部耗散功率，如圖4所示。一些熱量會(huì)在電阻上消散。
