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模拟技术相关技术文章采用基于MOSFET架构实现压电致动器的设计
高速压电致动器的生产成本在过去15年以来越来越价廉，因此越来越多的应用设计倾向于采用高速压电致动器。压电致动器最初用于医疗设备，包括上世纪80年代末的手术工具和超声波检查。这在那时是很有道理的，因为压电致动器具有微秒级的响应时间，是响应速度最快的定位元件。此外，它们还能够产生以亚纳米量级为步长的运动。因此，采用这种器件进行产品设计的公司的数量急剧增加也就不足为奇了。
压电致动器要求高压驱动器能提供峰峰值为数百伏特的电压。此外，由于典型的致动器实质上看起来像一个驱动放大器的纯电容，所以几乎所有的功率消耗都为驱动放大器带来负担。
纵观大量的高速、小信号运算放大器，可看出许多放大器都具有数百兆赫的带宽。但若设计目的是驱动高速压电器件，就必须同时兼顾速度和12V以上的电压，这时放大器的可选择范围就急剧缩小。此外，选择基于MOSFET单片放大器的设计还有许多有吸引力的优势。
这里的压电致动器电路在80kHz频率下需要一个电压峰峰值为300V的电源，以驱动致动器。可以通过一个串联了1Ω电阻的1nF电容来表示这个致动器（图1）。
图1：在这个桥式电路配置中，两个PA78驱动压电致动器，PA78由-175V和-5V不对称电源供电。
选案评估
在决定哪种方案最适合驱动压电致动器之前，我们需要根据应用情况，对几种可选方案进行评估。
单个放大器的方案：该方案的问题主要在于成本。压电致动器要求电压范围为+150V到-150V，而市场上唯一满足该要求的80kHz器件是混合型的，单价在100美元以上。
电平移动式小信号放大器：如果一个设计从小信号放大器开始，接下来再设计电平移动，这将意味着需要采用大量分立式元件从头开始构建设计。在这种情况下，非重复性工程的工作量非常大，设计时间很长且成本很高。