压电石英晶体具有纯度高、分辨率高、方向性好等特点，用它制成的压电驱动器可以应用于微位移输出装置、微型机器人、力发生装置、光谱测量等领域。利用压电石英晶体和硒化锌(ZnSe)晶体设计出的具有弹光效应的静态傅里叶变换干涉具[1-3]，与传统干涉具相比，具有调制速度快、光谱范围宽、光通量大、抗振性好并且结构紧凑等优点，这是众多光谱仪所不能比拟的。压电晶体的使用离不开相应的驱动控制器，驱动控制器对压电晶体的振动性能影响很大，因此，压电晶体驱动控制器技术已成为目前压电晶体振动应用的关键技术[4-8]。

    从提高压电晶体驱动控制器的电压、功耗等角度出发，对传统压电陶瓷驱动控制器进行改进，提出了适合静态傅里叶变换干涉具压电石英晶体驱动控制器的方法[9]，结合ZnSe晶体的本征振动频率和LC谐振网络的配置[10]，该方法能有效降低电路本身的功率损耗，提供较稳定的高压信号，为弹光调制器稳定工作提供了保障。
1 基于弹光调制器压电晶体驱动控制器
    弹光调制器是一种基于高性能红外透明光学材料(如熔融石英、氟化锂、氟化钙晶体等)光弹效应的偏振调制器件，利用压电材料(如压电石英晶体、压电陶瓷)在红外透明光学材料上加以周期性变化的机械力，从而对晶体施加相应的应力，使光学材料共振。
    利用压电石英晶体的逆压电效应，在压电晶体的两个电极上施加一个交变电压，将产生一定的机械形变，施加的电压峰值越高，形变量就越大。文中压电石英晶体（0.64 cm×1.91 cm×5.08 cm）为长度伸缩振动模式的单转角切型(xyt)φ1，其中φ1=-18.5°，经计算压电石英晶体本征频率为50.02 kHz。(xyt)φ1切型压电石英晶体的压电方程为：

    压电石英晶体在谐振时等效于一个很小的电容，充放电速度快、压电石英晶体纯度高、发热小、损耗小，所以需要的驱动控制器的功率较小。因此，在弹光调制器压电晶体的振动研究中，对压电晶体驱动电路的设计要求如下：(1)输出电阻小，具有较强的带负载能力。只有降低驱动控制器的输出电阻R，才能使R与压电晶体等效的电容C所构成的RC回路的时间常数降低，从而提高系统的动态性能。(2)为了达到最佳的振动效果，所设计的驱动控制器的频率须为50.02 kHz。(3)要求驱动控制器的输出幅度连续可调，波动幅度小、稳定性好。
2 驱动控制器设计
    驱动控制器由方波产生电路、功率放大电路、充放电回路和LC谐振网络四部分组成。方波产生电路由F40型数字合成信号发生器提供幅度为0~2 V、频率为50.02 kHz的信号；功率放大电路为后续电路提供具有一定驱动能力的电压信号；LC谐振网络将电压放大到所需要的高压，驱动压电石英晶体的振动。系统设计的一个最大特点是输出驱动电压的大小由可调直流电源VCC和LC谐振网络的品质因数决定。

    R3、Q2和CR1又组成了共集电极放大电路，该电路的特点是输入信号源提供的电流小，可减小信号源的功率容量，电压放大倍数小于 1 而接近 1 ，输出电压和输入电压同相，输入阻抗高输出阻抗低、失真小、频带宽、工作稳定。它用作放大器的中间级，起到缓冲和阻抗匹配的作用，减轻前级的负载 ，提高了整个电路的电压增益和功率传输能力。
2.2 充放电回路
    图1中构成的功率放大/充放电电流控制部分的功率放大单元电路为准互补甲乙类对称功率放大电路，给压电晶体振荡器提供充放电电流回路。由图1可知，当输入信号Vi为低电平时，三极管Q2导通，从而开关管Q3导通，给LC谐振网络和压电晶体充电，CR2二极管此时也导通，给三极管Q2又提供了一定的驱动电压，同时由于三极管Q1的输入为低电平，Q1管截止，从而使三极管Q4关断，防止放电回路导通。当输入方波信号为高电平时，Q1管工作，此时Q3管的基极电压为低电平，所以此刻Q3管不工作，同时Q4管的基极电压为高电平，该管导通，为压电晶体振荡器提供了放电回路。

    电路中元件参数设置：电感为5 mH，固定电容为1 800 pF，可调电容为1~90 pF。具体的工作原理为：电感和电容串联，电容器放电，电感开始有一个逆向的反冲电流，电感充电，二极管CR3的作用就是防止反向电压过高时击穿三极管Q3，给逆向反冲电压提供一个放电回路。当电感电压达到最大时，电容放电完毕，之后电感又开始放电，电容开始充电，往复循环。电路中的CR4是必不可少的，当LC谐振电路给电容充电时，电容C1、C2的B极板的电子将通过二极管CR4给电感L1提供能量，然后电感存储的能量给电容充电，充分利用电感中的能量给电容充电，从而Q3的发射极就可以只需要提供很小的电压和电流补充LC谐振电路中振动的能量的损耗就能维持整个电路的良好振动性能，这样就大大降低了电源的功率，也降低了电路的功率损耗。为了达到高压高精度50.02 kHz的要求，这里选择的固定电容为美国银云母高压高精度电容，具有高频特性好、温漂小、容量精确、损耗低等优点；可调电容精确调节LC网络的谐振点；绕制电感线圈的磁环要求磁损耗小、磁导率低。
3 实验结果及分析
    为了测试驱动控制器的动态性能，测试不同直流电源电压下的输出电压。实验对象为I/FS50型的压电晶体容性负载，调制频率为50.02 kHz。在不同的直流控制电压UDC下的压电晶体两端输出电压的测试结果如表1所示。由实验数据可知，驱动控制器的输出电压Uout峰峰值可以达到1 500 V。

相比，该驱动控制器可以输出较高的电压和较小的功率损耗。
    为了测试弹光调制器的振动效果，在驱动控制器输出电压为1 500 V，驱动两块压电石英晶体带动本征频率为50.02 kHz的ZnSe晶体振动，用LV-S01激光多普勒测振仪测试ZnSe晶体的振动结果如图4、图5所示，LV-S01激光多普勒测振仪分辨率为1 ?滋m/s，激光光源波长为632.8 nm。

    由图4、图5可知，晶体的振动频率为50.018 kHz，振动位移可以达到4.5 μm，振动位移是单块的两倍，实验结果与理论一致，具有良好的动态性能和线性度以及输出电压纹波小等优点，满足了高精度高频响的要求。
    本文研制的驱动控制器输出电阻小、负载能力强、电路结构简单可靠，响应速度可达到微秒级。输出电压峰值高达1 500 V且连续可调。最后对电源的整体性能进行测试，通过改变直流电压的大小，可以改变加在压电晶体两端的电压和ZnSe晶体产生的振动位移，从而实现4.5 μm的振动位移。根据分析测试数据可以得出，本文研制的动态压电晶体驱动控制器具有良好的静态特性和动态特性，设计出的驱动控制器满足了弹光调制器压电晶体的实际需要，为弹光调制器干涉具动态控制的实现奠定了基础。
    本文的创新点是不需要高压直流电源，只需要一个27 V的直流电源就可以产生1 500 V的高压,很好地驱动了压电晶体的周期性振动，为设计出高品质的弹光干涉具提供了保障。 采用LC谐振网络产生高压，脱离了常规的用高压运放或者大功率耐高压MOS管产生高压，节省了成本，具有较好的实用性。
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